КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-12-00271

НазваниеКосмология нейтринного сектора

РуководительГорбунов Дмитрий Сергеевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2024 г. 

Конкурс№68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-101 - Физика элементарных частиц

Ключевые словакосмология, физика нейтрино, стерильные нейтрино, нейтринные массы, рентгеновские телескопы, крупномасштабная структура Вселенной, анизотропия и поляризация реликтового излучениия, космологические данные, лёгкая тёмная материя, распадающаяся тёмная материя

Код ГРНТИ41.29.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на анализ астрофизических данных современных рентгеновских телескопов и космологических данных с целью поиска сигнала от распадающейся тёмной материи (в первую очередь стерильного нейтрино) и определения параметров нейтринного сектора (массы активных нейтрино, возможная примесь стерильных нейтрино и их параметры). Интересная для космологии область масс стерильных нейтрино от долей эВ и ниже до десятков кэВ. Причём в границах этого интервала лёгкие стерильные нейтрино могут иметь отношение к так называемым нейтринным аномалиям, а тяжёлые нейтрино составлять тёмную материю или быть ответственными за появление масс у активных нейтрино в рамках механизма качелей, что подтверждает актуальность проекта. Новизна состоит в использовании ранее недоступных экспериментальных данных, недавно развитых или принципиально усовершенствованных (в том числе в работах участников коллектива) методов теоретических расчётов сигналов, обработки и анализа данных. Кроме того, в ряде конкретных задач будут одновременно использованы результаты прямых поисков, астрофизических наблюдений и космологичесеские данные с целью обнаружения сигнала новой физики (стерильные нейтрино) и наиболее взвешенной оценки масс активных нейтрино.

Ожидаемые результаты
Мы надеемся найти достоверные указания на существование стерильных нейтрино тёмной материи (или получить самые строгие ограничения на эту модель, закрывающие простейшие её реализации типа nuMSM) из анализа астрономических данных рентгеновских телескопов и космологических данных. В случае успеха это решит загадку тёмной материи и покажет её связь с появлением масс у активных нейтрино. Также из анализа космологических данных будет получена наиболее взвешенная оценка масс активных нейтрино и уточнены перспективы их измерения с появлением новых космологических данных следующего поколения экспериментов. Будет подтверждена (или сильно ограничена) возможная примесь лёгких стерильных нейтрино в ранней Вселенной.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Получены наиболее строгие ограничения сверху на угол смешивания между активными и стерильными нейтрино в модели со стерильными нейтрино в интервале масс 12-40 кэВ, образующими Галактическую тёмную материю. При анализе комбинаций космологических данных SPT-3G, SPTPol и Planck (анизотропия и поляризация реликтового излучения), BOSS и BAO (распространённость космологических структур) и каталогов слабого линзирования обнаружено указание на уровне 4 стандартных отклонений на ненулевую сумму масс нейтрино, ∑mν​=0.23±0.06 эВ. Проведена оценка перспектив поиска сигнала от распадающейся тёмной материи из кросс-корреляционного анализа данных наблюдений всего неба в рентгеновском диапазоне на телескопах eROSITA и ART-XC и ожидаемого сигнала от крупномасштабной структуры Вселенной.

 

Публикации

1. Anton Chudaykin, Dmitry Gorbunov, Nikita Nedelko Exploring ΛΛCDM extensions with SPT-3G and Planck data: 4σσ evidence for neutrino masses, full resolution of the Hubble crisis by dark energy with phantom crossing, and all that Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2203.03666 (год публикации - 2022)

2. Brandon M. Roach, Steven Rossland, Kenny C. Y. Ng, Kerstin Perez, John F. Beacom, Brian W. Grefenstette, Shunsaku Horiuchi, Roman Krivonos, Daniel R. Wik Long-Exposure NuSTAR Constraints on Decaying Dark Matter in the Galactic Halo Physical Review D, 2207.04572 (год публикации - 2022)

3. Vladislav Barinov Correlation Analysis of Decaying Sterile Neutrino Dark Matter in the Context of the SRG Mission Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2211.05919 (год публикации - 2022)


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Поставлено первое ограничение на параметры моделей с распадающимися стерильными нейтрино тёмной материи из анализа данных четырёх полных обзоров неба рентгеновским телескопом ART-XC. Разработан оригинальный метод автоматической очистки данных телескопа NuSTAR от ярких источников для использования данных многолетних наблюдений в задаче о поиске сигнала от испытывающих радиационный распад частиц тёмной материи.

 

Публикации

1. Andrey Mukhin, Roman Krivonos, Alexey Vikhlinin, Brian W. Grefenstette, Kristin Madsen, Daniel Wik Wavelet-based image decomposition method for NuSTAR stray light background studies Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems, 9(4), 048001 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1117/1.JATIS.9.4.048001

2. E.I. Zakharov, V.V. Barinov, R.A. Burenin, D.S. Gorbunov, R.A. Krivonos, A.Yu. Tkachenko, V.A. Arefiev, E.V. Filippova, S.A. Grebenev, A.A. Lutovinov, I.A. Mereminsky, S.Yu. Sazonov, A.N. Semena, A.E. Shtykovsky, R.A. Sunyaev All-sky limits on Sterile Neutrino Galactic Dark Matter obtained with SRG/ART-XC after tAll-sky limits on Sterile Neutrino Galactic Dark Matter obtained with SRG/ART-XC after two years of operationswo years of operations Physical Review D, https://journals.aps.org/prd/accepted/32070Y1aP071c692e5aa5f11b9f2d3f45d318518a (год публикации - 2023)

3. V. V. Barinov Correlation Analysis of Decaying Sterile Neutrino Dark Matter in the Context of the SRG Mission Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, JCAP 02 (2023) 055 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1088/1475-7516/2023/02/055