Тъмната материя може да помогне за разрешаването на загадката на слънцето

SDO Изглед на слънцето 3 март 2015 г.

Тъмната материя на слънцето може да помогне на учените да разрешат дългогодишна загадка за най-близката ни звезда. Тук обсерваторията на НАСА за слънчева динамика улавя скорошен изглед на слънцето. (Изображение: НАСА/SDO)



Тъмната материя може да е една от най -големите загадки на Вселената, но би могла да помогне за решаването на пъзел за слънцето, който озадачава учените от години, казват изследователите.



Мистерията е свързана с привидно несъответствие в състава на слънцето, което изпитва вълни, които се движат около него и причиняват малки ритмични колебания в яркостта му. Изучавайки това трептене, учените могат по -добре да разберат неговия състав и вътрешна активност. Тази научна област - известна като хелиосеизмология, когато се отнася до изследването на слънцето, и астеросеизмологията, когато се отнася до тази на звездите - е подобна на сеизмологията на Земята, която помага на геолозите да добият представа за вътрешностите на тази планета.

Елементи на слънцето, по -тежки от водорода и хелия, влияят върху това как звуковите вълни се движат в звездата. Това означава, че по принцип хелиосеизмологията може да измерва изобилието на всеки елемент с изключително висока точност, каза водещият автор на изследването Арън Винсент, физик по астрочастици от университета Дърам в Англия.



Друг начин, по който учените могат да измерват изобилието на всеки елемент в звездите, е като гледат тяхната светлина, тъй като всеки елемент излъчва уникален пръстов отпечатък или спектър от светлина. Преди около десетилетие учените откриха, че светлината от слънцето предполага, че има около 20 до 25 процента по -малко въглерод, азот и кислород, отколкото учените са смятали преди - откритие, което противоречи на това, което хелиосейсмологията е предложила. Съществуващите модели на Слънцето не могат да обяснят това несъответствие - мистерия, която учените наричат ​​проблем със слънчевото изобилие, каза Винсънт.

„Въпреки десетилетие усилия, това е пъзел, който тепърва ще бъде решен“, каза Винсент. 'Досега нито един опит за промяна на слънчевите модели, за да се отчете това несъответствие, наистина не е дал резултат, което е накарало физиците на частиците да търсят по -екзотично обяснение.'

Тъмната материя на помощ

Сега Винсънт и колегите му предполагат, че тази слънчева мистерия може да бъде разрешена чрез тъмната материя, която сама по себе си е една от най -големите загадки в науката.



Тъмната материя е невидима и почти нематериална субстанция, за която се смята, че съставлява около пет шести от цялата материя във Вселената. Учените смятат, че тъмната материя се състои от нов тип частици - такива, които взаимодействат много слабо, в най -добрия случай, с всички известни сили на Вселената и се откриват най -вече само чрез гравитационното привличане, което упражнява. Въпреки това, много свойства на частиците от тъмна материя-като тяхната маса и дали те се унищожават-остават несигурни. [ Тъмната материя: Търсенето в изображения ]

През 2011 г. Винсънт изследва начините, по които тъмната материя може да взаимодейства с други частици, когато съавторът Пат Скот, изследовател от Imperial College London, го запознава с проблема за изобилието на слънчева енергия.

Винсънт смята, че тъмната материя „може да бъде интересно решение на проблема“, спомня си Винсънт.



Учените проведоха хиляди симулации, разглеждайки много различни модели как тъмната материя може да взаимодейства със слънцето . Те откриха възможно обяснение за проблема с изобилието на слънчева светлина: Модел предполага, че тъмната материя е асиметрична, което означава, че един вид частици от тъмна материя е по-изобилен от своя аналог на античастици. Нормалната материя също е асиметрична - например, във Вселената има много повече протони, отколкото антипротони.

„Мисля, че най -интересният аспект на тази работа е потенциалната връзка между два пъзела“, каза Винсънт. От една страна, съществува проблемът със слънчевото изобилие, „който загатва за липсваща съставка в нашето разбиране за слънцето, а от друга страна, това може да е първият намек за природата на частиците на самата тъмна материя“, той казах. „Вълнуващо е да мислим, че разглеждаме връзка между такива на пръв поглед несвързани области на физиката.“

Специфичният вид асиметрични частици от тъмна материя, които Винсънт и колегите му са изследвали, имат специално свойство: колкото по-голям е инерцията му, толкова по-вероятно е да взаимодейства с други нормални частици. Това откритие предполага, че „сблъсъците, които пренасят повече енергия, са по -вероятни, а сблъсъците, които пренасят по -малко енергия, се потискат“, каза Винсент.

Физиците предполагат, че тези асиметрични частици от тъмна материя могат да абсорбират енергия в най-горещата централна част на ядрото на Слънцето. След това частиците биха могли да се затворят в по -хладна част на слънцето, където биха могли да депонират тази енергия, а промените в слънцето, които това би предизвикало, биха могли да обяснят проблема с изобилието на слънцето, казват изследователите. Те предвиждат, че такива частици ще имат маса от около 3 милиарда електронволта или малко повече от три пъти масата на протона. [ Тъмната материя: какво е това? (Инфографика) ]

Моделът на асиметрична тъмна материя се различава от тези, които предполагат, че частиците от тъмна материя са техните собствени античастици и по този начин се унищожават, когато влизат в контакт помежду си.

„Основното предимство на асиметричната тъмна материя е, че много от нея може да се натрупа на слънце, докато се ускорява през облака от тъмна материя, който поглъща Млечния път“, каза Винсент. „Ако тъмната материя се самоунищожаваше, тъмната материя би изчезнала, преди да транспортира значително количество топлина от ядрото на Слънцето.“

Ако тази асиметрична тъмна материя наистина съществува, „трябва да сме на прага да я видим много скоро“, каза Винсент. Той отбеляза, че това може да се види чрез експерименти за откриване на тъмна материя от следващо поколение, като SuperCDMS, разположени дълбоко под земята в мината Soudan в Северна Минесота, както и по време на следващия цикъл на Голям адронен колайдер , най -мощният разбиващ атом в света.

Винсент, Скот и техният колега Алдо Серенели от испанския Институт за космически науки в Белатера, ще опишат подробно своите констатации в документ, приет за публикуване в списанието Physical Review Letters.

Последвай ни @Spacedotcom , Facebook и Google+ . Оригинална статия на demokratija.eu .