Тепла темна матерія — одна з можливих форм темної матерії, що має властивості проміжні між гарячою і холодною темною матерією. У ранньому Всесвіті частинки темної матерії знаходилися у тепловій рівновазі з космічною плазмою. У деякий момент часу, що називається часом «виморожування», час вільного прольоту частинок темної матерії починає перевищувати хаблівський і взаємодія ТМ з баріонною речовиною припиняється. Гаряча темна матерія має на момент порушення рівноваги кінетичну енергію, що набагато перевищує енергію спокою, натомість частинки холодної темної матерії у момент відщеплення є нерелятивістськими. Частинки теплої темної матерії повинні мати енергію спокою від 1 еВ до 30 кеВ.
У момент переходу від космологічної епохи домінування випромінювання до домінування речовини частинки гарячої темної матерії є релятивістськими, а частинки теплої темної матерії — ні. Цей перехід відбувся при енергії частинок близько 1 еВ (вік Всесвіту 55 тисяч років, для порівняння час рекомбінації — 375 тисяч років). Структури Всесвіту формуються від менших до більших на масштабі більше довжини вільного пробігу темної матерії і від більших до менших на малих масштабах. Основними кандидатами у теплу темну матерію є стерильні нейтрино і гравітіно. Вімпи можуть бути кандидатами у теплу темну матерію лише якщо вони формуються у нетеплових процесах.
Стерильні нейтрино — гіпотетичні елементарні частинки, лептони, що не беруть участі в жодній фундаментальній взаємодії, крім гравітаційної, синглетні по групі калібрувальних бозонів Стандартної моделі. Так, в моделі νMSM, що розширює Стандартну модель за рахунок включення трьох стерильних нейтрино, одне з них може мати масу близько 1 кеВ / c² і бути, таким чином, кандидатом в темну матері. Зокрема, представлена оцінка маси такої частки: 800 +/- 200 еВ за даними зіставлення експериментального і теоретичного значення енергії спін-спінової взаємодії протона і дейтрона в молекулі водню HD.
В роботі Боярського та ін. (2014) в результаті обробки спостережень супутника ХММ скупчення галактик у сузір'ї Персея виявлено емісійну лінію з енергією 7 кеВ. Ця лінія інтерпретується як результат розпаду стерильного нейтрино або аксіно на фотони і можливо є першим виявленим вченими негравітаційним проявом темної матерії.
Гравітино — калібрувальний ферміон, що є суперсиметричним партнером гіпотетичного гравітона. Гравітино може бути одним з кандидатів у темну матерію. Якщо гравітино існує, воно є ферміономзі спіном 3/2, а отже задовольняє рівнянню Раріти-Швінгера. Гравітино переносить взаємодії супергравітації, так само як фотон переносить електромагнетизм і гравітон повинен переносити гравітацію. Хоча у теоріях супергравітації суперсиметрія порушена, повинне існувати деяке значення маси гравітино, що визначається масштабом порушення суперсиметрії. Дана маса сильно відрізняється у різних моделях порушення суперсиметрії, але якщо суперсиметрія розв'язує проблему ієрархії у Стандартній Моделі, маса гравітино не може бути більше за 1 ТеВ/с2.
Якщо гравітино має масу порядку 1 ТеВ, воно створює проблему у стандартній космологічній моделі. По-перше, гравітино може бути стабільним. Це можливо, якщо воно є найлегшою суперсиметричною частинкою і R-парність зберігається. У цьому випадку гравітино є кандидатом у темну матерію, оскілько вони мали виникати у дуже ранньому всесвіті. Однак, якщо розрахувати відповідну густину гравітино, вона виявляється набагато більше спостережуваної густини темної матерії. По-друге, гравітино може бути нестабільним. Такі гравітино будуть розпадатися і не будуть робити внеску у спостережувану густину темної матерії. Однак, оскільки гравітино можуть розпадатися лише внаслідок гравітаційної взаємодії, для маси 1 ТеВ їх час розпаду має бути дуже великим (більше доби), набагато більше тривалості нуклеосинтезу. Щонайменше один з каналів розпаду має включати фотон, заряджений лептон або мезон. Будь-яка з цих частинок може зруйнувати ядро при зіткненні. Можна показати, що таким чином мають бути зруйновані усі ядра, що утворились у нуклеосинтезі, а це не відповідає спостереженням. Дійсно, у такому випадку Всесвіт буде складатися виключно з водню і зореутворення напевне буде неможливим.
Посилання
- Boyarsky A., Ruchayskiy O., Iakubovskyi D., Franse J. (2014) An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster[недоступне посилання з липня 2019]
- Peacock J.A. Cosmological physics. 1998. Cambridge university press.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Tepla temna materiya odna z mozhlivih form temnoyi materiyi sho maye vlastivosti promizhni mizh garyachoyu i holodnoyu temnoyu materiyeyu U rannomu Vsesviti chastinki temnoyi materiyi znahodilisya u teplovij rivnovazi z kosmichnoyu plazmoyu U deyakij moment chasu sho nazivayetsya chasom vimorozhuvannya chas vilnogo prolotu chastinok temnoyi materiyi pochinaye perevishuvati hablivskij i vzayemodiya TM z barionnoyu rechovinoyu pripinyayetsya Garyacha temna materiya maye na moment porushennya rivnovagi kinetichnu energiyu sho nabagato perevishuye energiyu spokoyu natomist chastinki holodnoyi temnoyi materiyi u moment vidsheplennya ye nerelyativistskimi Chastinki teployi temnoyi materiyi povinni mati energiyu spokoyu vid 1 eV do 30 keV U moment perehodu vid kosmologichnoyi epohi dominuvannya viprominyuvannya do dominuvannya rechovini chastinki garyachoyi temnoyi materiyi ye relyativistskimi a chastinki teployi temnoyi materiyi ni Cej perehid vidbuvsya pri energiyi chastinok blizko 1 eV vik Vsesvitu 55 tisyach rokiv dlya porivnyannya chas rekombinaciyi 375 tisyach rokiv Strukturi Vsesvitu formuyutsya vid menshih do bilshih na masshtabi bilshe dovzhini vilnogo probigu temnoyi materiyi i vid bilshih do menshih na malih masshtabah Osnovnimi kandidatami u teplu temnu materiyu ye sterilni nejtrino i gravitino Vimpi mozhut buti kandidatami u teplu temnu materiyu lishe yaksho voni formuyutsya u neteplovih procesah Sterilni nejtrino gipotetichni elementarni chastinki leptoni sho ne berut uchasti v zhodnij fundamentalnij vzayemodiyi krim gravitacijnoyi singletni po grupi kalibruvalnih bozoniv Standartnoyi modeli Tak v modeli nMSM sho rozshiryuye Standartnu model za rahunok vklyuchennya troh sterilnih nejtrino odne z nih mozhe mati masu blizko 1 keV c i buti takim chinom kandidatom v temnu materi Zokrema predstavlena ocinka masi takoyi chastki 800 200 eV za danimi zistavlennya eksperimentalnogo i teoretichnogo znachennya energiyi spin spinovoyi vzayemodiyi protona i dejtrona v molekuli vodnyu HD V roboti Boyarskogo ta in 2014 v rezultati obrobki sposterezhen suputnika HMM skupchennya galaktik u suzir yi Perseya viyavleno emisijnu liniyu z energiyeyu 7 keV Cya liniya interpretuyetsya yak rezultat rozpadu sterilnogo nejtrino abo aksino na fotoni i mozhlivo ye pershim viyavlenim vchenimi negravitacijnim proyavom temnoyi materiyi Gravitino kalibruvalnij fermion sho ye supersimetrichnim partnerom gipotetichnogo gravitona Gravitino mozhe buti odnim z kandidativ u temnu materiyu Yaksho gravitino isnuye vono ye fermionomzi spinom 3 2 a otzhe zadovolnyaye rivnyannyu Rariti Shvingera Gravitino perenosit vzayemodiyi supergravitaciyi tak samo yak foton perenosit elektromagnetizm i graviton povinen perenositi gravitaciyu Hocha u teoriyah supergravitaciyi supersimetriya porushena povinne isnuvati deyake znachennya masi gravitino sho viznachayetsya masshtabom porushennya supersimetriyi Dana masa silno vidriznyayetsya u riznih modelyah porushennya supersimetriyi ale yaksho supersimetriya rozv yazuye problemu iyerarhiyi u Standartnij Modeli masa gravitino ne mozhe buti bilshe za 1 TeV s2 Yaksho gravitino maye masu poryadku 1 TeV vono stvoryuye problemu u standartnij kosmologichnij modeli Po pershe gravitino mozhe buti stabilnim Ce mozhlivo yaksho vono ye najlegshoyu supersimetrichnoyu chastinkoyu i R parnist zberigayetsya U comu vipadku gravitino ye kandidatom u temnu materiyu oskilko voni mali vinikati u duzhe rannomu vsesviti Odnak yaksho rozrahuvati vidpovidnu gustinu gravitino vona viyavlyayetsya nabagato bilshe sposterezhuvanoyi gustini temnoyi materiyi Po druge gravitino mozhe buti nestabilnim Taki gravitino budut rozpadatisya i ne budut robiti vnesku u sposterezhuvanu gustinu temnoyi materiyi Odnak oskilki gravitino mozhut rozpadatisya lishe vnaslidok gravitacijnoyi vzayemodiyi dlya masi 1 TeV yih chas rozpadu maye buti duzhe velikim bilshe dobi nabagato bilshe trivalosti nukleosintezu Shonajmenshe odin z kanaliv rozpadu maye vklyuchati foton zaryadzhenij lepton abo mezon Bud yaka z cih chastinok mozhe zrujnuvati yadro pri zitknenni Mozhna pokazati sho takim chinom mayut buti zrujnovani usi yadra sho utvorilis u nukleosintezi a ce ne vidpovidaye sposterezhennyam Dijsno u takomu vipadku Vsesvit bude skladatisya viklyuchno z vodnyu i zoreutvorennya napevne bude nemozhlivim PosilannyaBoyarsky A Ruchayskiy O Iakubovskyi D Franse J 2014 An unidentified line in X ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster nedostupne posilannya z lipnya 2019 Peacock J A Cosmological physics 1998 Cambridge university press