Один из аспектов нашего изучения Вселенной, который меня увлекает, — это охота за темной материей. Этот неуловимый материал, который мало с чем взаимодействует, затрудняет, но не делает невозможным его обнаружение. Гравитационные линзы являются одним из таких явлений, которые указывают на их существование и позволяют нам оценить, сколько их содержится в скоплениях галактик. В статье теперь предполагается, что наблюдения Юпитера Кассини в 2000 году позволяют предположить, что мы сможем обнаружить его и с помощью планет.
Темная материя, как следует из названия, загадочна и неуловима. Считается, что на его долю приходится около 27% массы и энергии Вселенной. Однако в отличие от обычной материи – из того, что составляет вас и меня; Звезды и планеты темная материя не излучает, не поглощает и не отражает свет, что делает ее невидимой и труднообнаружимой. О самом его существовании можно судить только по влиянию его гравитации на видимую материю и крупномасштабную структуру Вселенной.
Основы для интересного поворота в поисках темной материи были заложены в 1997 году с запуском космического корабля Кассини с мыса Канаверал в США. Началось семилетнее путешествие, в ходе которого зонд должен был добраться от Земли до Сатурна с использованием гравитационных рогаток Венеры, Земли и Юпитера. На борту было множество инструментов для записи данных от радиоволн до крайнего ультрафиолета. По пути к Сатурну «Кассини» будет использоваться для наблюдения за планетами с использованием нескольких длин волн.
Особый интерес для миссии представляло использование спектрометра визуального и инфракрасного картирования (VIMS) для измерения уровней ионов водорода, известных как триводородные катионы. Это распространенные ионы, встречающиеся во Вселенной, и они образуются, когда молекулярный водород взаимодействует с космическими лучами, сильным ультрафиолетовым излучением, планетарной молнией или электронами, ускоренными в планетарных магнитных полях.
Команда исследует, как темная материя также может производить катион триводорода в атмосферах планет. Любая темная материя, которая захватывается планетарными атмосферами (в частности, ионосферой) и, следовательно, аннигилируется, может производить обнаруживаемое ионизирующее излучение.
Используя данные системы Кассини VISM, команда искала ионизацию темной материи в ионосфере Юпитера. Из-за относительно холодного ядра Юпитера он был признан наиболее эффективным поглотителем темной материи в Солнечной системе, позволяющим удерживать частицы темной материи. Задача заключалась в том, чтобы идентифицировать сигналы на фоне «шума» от другого излучения, поэтому команде пришлось использовать данные за 3 часа по обе стороны от юпитерианской полуночи. Выбор этого времени означал, что солнечное крайнее ультрафиолетовое излучение было минимальным. Они также сосредоточились на более низких широтах, избегая сильных магнитных полей вокруг полярных регионов.
Обнаружение ионизации темной материи в атмосфере Юпитера открывает совершенно новый метод понимания этого странного и загадочного родственника обычной материи. Однако речь идет не только о планетах нашей Солнечной системы. Экзопланеты являются новым возможным источником, особенно те, которые расположены в богатых темной материей регионах Галактики.
Источник: Поиск ионизации темной материи на ночной стороне Юпитера с помощью Кассини.
