гамма-лучи

Американские ученые сделали важный шаг в понимании механизмов образования тяжелых химических элементов во Вселенной.

Как написало издание Hi-Tech Mail.ru, исследователи раскрыли причину загадочного избытка низкоэнергетических гамма-лучей, испускаемых ядром цинка-70. Гамма-излучение относится к тому же типу электромагнитного излучения, что и видимый свет, и высвобождается в момент, когда возбужденное атомное ядро переходит в более стабильное состояние. Частоту испускания квантов физики традиционно фиксируют с помощью функции силы гамма-излучения.

Природа аномального явления

На протяжении десятилетий ученые фиксировали странный эффект: количество испускаемых гамма-лучей малой энергии оказывалось выше, чем показывали теоретические расчеты. Этот феномен получил название «низкоэнергетическое усиление» (low-energy enhancement, LEE), однако долгое время было непонятно, за счет каких именно переходов он возникает. Описывая первоначальную реакцию исследователей на эту проблему, ведущий автор работы, научный сотрудник Центра исследований редких изотопов (FRIB) в США Элеанор Роннинг подчеркнула: «Низкоэнергетическое усиление не предсказывалось теоретическими расчетами, поэтому его первое обнаружение стало шоком для научного сообщества». Эксперт также добавила: «Трудно предсказать, где возникает LEE — мы не знаем, какие ядра его проявят». Свежие измерения доказали, что за усиление отвечают магнитные переходы внутри ядра, отражающие перестройку протонов и нейтронов.

Значение для астрофизики и методология

Объяснение эффекта LEE имеет критическое значение для науки о космосе, поскольку оно способно увеличивать частоту реакций захвата нейтронов, играющих центральную роль в создании тяжелых элементов во время взрывов сверхновых и слияний нейтронных звезд. В ходе работы специалисты изучили бета-распад родительского ядра меди-70 в основном и возбужденном изомерном состояниях, что дало возможность рассмотреть структуру цинка-70 с двух перспектив. Оценивая слаженную коллективную работу, соавтор исследования из Университета Огайо Андреа Ричард отметила: «Объединенная экспертиза наших научных команд сделала это возможным».

Ключевые выводы исследования ученых:

• Причина аномалии: за низкоэнергетическое усиление ответственны именно магнитные переходы внутри атомного ядра.
• Космический масштаб: эффект LEE напрямую влияет на скорость образования тяжелых элементов во Вселенной.
• Новый ориентир: эксперимент с цинком-70 дает физикам-теоретикам базу для точного моделирования астрофизических процессов.

Астрономы сообщили о возможном первом в истории наблюдении темной материи — об этом сообщает Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Исследование уже называют одним из самых захватывающих прорывов в современной астрофизике, хотя его результаты требуют подтверждения.

Как возникла загадка темной материи

Темная материя — невидимое вещество, которое, по оценкам, составляет более 85% всей материи во Вселенной. Она втягивает галактики в единые структуры, но никак не взаимодействует с обычной материей, кроме гравитации. Поэтому найти её напрямую считалось почти невозможным.

Астроном Томонори Тотани объясняет: обычной барионной материи слишком мало, чтобы удерживать галактики. Модели предполагают, что темная материя превосходит её в пять раз, создавая «каркас», вокруг которого формируются звезды и планеты.

Что именно нашли исследователи

Одна из ведущих теорий утверждает, что темная материя состоит из WIMP — слабо взаимодействующих массивных частиц. При столкновении они должны аннигилировать, создавая гамма-лучи. Астрономы десятилетиями пытаются поймать этот сигнал.

Команда проанализировала 15 лет данных космического гамма-телескопа Fermi NASA и обнаружила гало гамма-лучей у центра Млечного Пути.

По словам авторов работы:
Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт, распространяющиеся в структуре, похожей на гало. Интенсивность излучения соответствует аннигиляции WIMP с массой примерно в 500 раз больше массы протона.

Скепсис и необходимость проверки

Не все коллеги разделяют восторг. Теоретик Кинва Ву заявила:
Нам нужны экстраординарные доказательства для экстраординарного заявления. Этот анализ пока не достиг такого статуса.

Тотани согласен, что результаты предварительные. Чтобы подтвердить открытие, необходимо найти аналогичную сигнатуру гамма-излучения в карликовых галактиках вокруг Млечного Пути. Это станет возможным, когда накопится больше данных.

До окончательных выводов ещё далеко. Но уже сейчас астрономы называют наблюдение одним из самых многообещающих за всё время поисков «призрачной» материи Вселенной.