Неожиданный источник может помочь Вселенной светиться больше, чем нужно

Когда зонд «Новые горизонты» достиг внешней темноты Солнечной системы, за Плутоном, его приборы зафиксировали что-то странное.

Очень-очень слабое пространство между звездами светилось оптическим светом. . Это само по себе не было неожиданным; этот свет называется космическим оптическим фоном, слабым свечением всех источников света во Вселенной за пределами нашей галактики.

Странной частью было количество света. Их было значительно больше, чем предполагалось учеными, — на самом деле вдвое больше.

Теперь в новой статье ученые излагают возможное объяснение избытка оптического света: побочный продукт взаимодействие темной материи, которое иначе невозможно обнаружить.

«Результаты этой работы, — пишет группа исследователей во главе с астрофизиком Хосе Луисом Берналом из Университета Джона Хопкинса, — дают потенциальное объяснение избыточному космическому оптическому фону, который допускается независимыми наблюдательными ограничениями, и это может ответить на один из самых давних неизвестных в космологии: природу темной материи».

У нас есть много вопросов о Вселенной, но темная материя — один из самых самое досадное. Это имя, которое мы даем загадочной массе во Вселенной, отвечающей за обеспечение гораздо большей гравитации в концентрированных точках, чем должно быть.

Галактики, например, вращаются быстрее, чем они должно быть под действием гравитации, создаваемой массой видимой материи.

Искривление пространства-времени вокруг массивных объектов больше, чем должно быть, если бы мы рассчитывали искривление пространства, основываясь только на количестве светящегося материала.

Но что бы ни создавало этот эффект, мы не можем обнаружить его напрямую. Единственный способ узнать, что она существует, это то, что мы просто не можем объяснить эту дополнительную гравитацию.

И ее много. Примерно 80 процентов материи во Вселенной — это темная материя.

Есть несколько гипотез о том, что это может быть. Одним из кандидатов является аксион, который принадлежит к гипотетическому классу частиц, впервые концептуализированных в 1970-х годах для решения вопроса о том, почему сильные атомные взаимодействия следуют так называемой симметрии зарядовой четности, хотя большинство моделей говорят, что в этом нет необходимости

Как оказалось, аксионы в определенном диапазоне масс также должны вести себя точно так же, как мы ожидаем, что темная материя будет вести себя. И может быть способ обнаружить их, потому что теоретически ожидается, что аксионы распадаются на пары фотонов в присутствии сильного магнитного поля.

Несколько экспериментов ищут источники этих фотонов, но они также должны течь через пространство в избыточном количестве.

Трудность состоит в том, чтобы отделить их от всех других источников света во Вселенной, и именно здесь появляется космический оптический фон.

Фон сам по себе очень трудно обнаружить, так как он очень тусклый. Камера дальней разведки (LORRI) на борту «Новых горизонтов», возможно, является лучшим инструментом для этой работы. Это далеко от Земли и Солнца, и LORRI гораздо более чувствителен, чем инструменты, прикрепленные к более далеким зондам «Вояджер», запущенным 40 лет назад.

Ученые предположили, что превышение, обнаруженное New Horizons, связано с продуктом. к звездам и галактикам, которые мы не можем видеть. И этот вариант все еще очень актуален. Работа Бернала и его команды заключалась в том, чтобы оценить, может ли аксионоподобная темная материя быть причиной дополнительного света.

Они провели математическое моделирование и определили, что аксионы с массами от 8 до 20 электронвольт могут производить дополнительный свет. наблюдаемый сигнал при определенных условиях.

Это невероятно мало для частицы, которая обычно измеряется в мегаэлектронвольтах. Но с недавними оценками, оценивающими гипотетическую часть материи в доли одного электронвольта, эти числа потребуют, чтобы аксионы были относительно мощными.

Невозможно сказать, какое объяснение является правильным, основываясь только на текущих данных. Однако, сузив массы аксионов, которые могут быть ответственны за избыток, исследователи заложили основу для будущих поисков этих загадочных частиц.

«Если избыток возникает в результате распада темной материи на фотонной линии, будет значительный сигнал в предстоящих картографических измерениях интенсивности линии», — пишут исследователи.

«Кроме того, ультрафиолетовый прибор на борту «Новых горизонтов» (который будет иметь лучшую чувствительность и исследовать другой диапазон спектра) и будущие исследования ослабления гамма-излучения очень высоких энергий также проверят эту гипотезу и расширят поиск темной материи на более широкий диапазон частот».

Исследование опубликовано в Письма с физическим обзором.