Тёмная материя может оказаться не такой уж «тёмной»: учёные нашли её возможные цветовые следы

Тёмная материя, составляющая более 80 % вещества во Вселенной и до сих пор ускользающая от прямого наблюдения, возможно, оставляет крошечные «цветовые отпечатки» в космическом свете. Об этом говорится в новом исследовании британских физиков из Йоркского университета (University of York), опубликованном в журнале Physics Letters B.

Тень, которая может иметь цвет

По классическим представлениям, тёмная материя не излучает, не отражает и не поглощает свет — поэтому она невидима для телескопов. Но группа физиков под руководством Михаила Башканова предлагает иную точку зрения. Учёные утверждают, что даже самая «тёмная» материя во Вселенной способна при определённых условиях слегка окрашивать проходящий через неё свет — придавая ему едва уловимый красноватый или голубоватый оттенок. «Это довольно необычный вопрос для науки, ведь большинство исследователей согласны: тёмная материя — тёмная, — отмечает Башканов. — Однако наши расчёты показывают, что даже она может иметь своего рода цветовую подпись».

Как тёмная материя может взаимодействовать со светом

Чтобы объяснить этот эффект, физики сравнили его с «правилом шести рукопожатий» — идеей о том, что любые два человека на Земле связаны через цепочку максимум из шести знакомых. Аналогично, даже если частицы тёмной материи не взаимодействуют со светом напрямую, они могут «знать» одни и те же промежуточные частицы, например бозон Хиггса — ту самую «частицу Бога», благодаря которой другие частицы приобретают массу. Это опосредованное взаимодействие может приводить к тому, что фотоны — кванты света — рассеиваются на частицах тёмной материи крайне слабо, но не совсем нулевым образом. В результате свет, проходя через области, насыщенные тёмной материей, может чуть-чуть менять свою окраску или поляризацию — словно оставляя «цветовой отпечаток».

Красное против синего

Учёные провели первые детальные расчёты того, насколько сильно фотоны могут взаимодействовать с тёмной материей. Если она действительно состоит из гипотетических «слабо взаимодействующих массивных частиц» (WIMPs), способных участвовать в слабом ядерном взаимодействии, то при прохождении света через такие области часть высокоэнергетических синих фотонов будет теряться первой. В итоге свет слегка «покраснеет». Если же тёмная материя взаимодействует только через гравитацию, то эффект будет обратным — наблюдаемый свет получит едва заметный сдвиг в синюю сторону. Разница ничтожно мала, но не равна нулю. Это значит, что теоретически можно зафиксировать едва уловимое искажение спектра света, проходящего через плотные скопления тёмной материи — например, через центры галактик или скоплений галактик.

Новое окно в невидимую Вселенную

Расчёты показывают, что свечения далёких галактик могут быть чуть-чуть «краснее» или «синее» в зависимости от того, какая разновидность тёмной материи преобладает на пути к Земле. В будущем такие микроскопические различия могут помочь астрофизикам различать конкурирующие модели тёмной материи, основываясь на том, в какую сторону смещается спектр света — красную или синюю. «Сегодня в мире тратятся миллиарды долларов на поиски различных кандидатов в тёмную материю — WIMPs, аксионов или тёмных фотонов, — говорит Башканов. — Наши результаты позволяют сузить область поиска и подсказать, где именно и как нужно смотреть в небо».

Телескопы будущего

Проверить эту гипотезу смогут лишь самые чувствительные телескопы нового поколения, способные измерять мельчайшие изменения спектра и поляризации света. Среди них — Европейский экстремально большой телескоп (E-ELT) и космический телескоп НАСА Nancy Grace Roman, запуск которого ожидается в ближайшие годы. Если эти обсерватории действительно обнаружат цветовые «отпечатки» тёмной материи, это станет революцией в космологии. Учёные впервые получат возможность наблюдать невидимую субстанцию не через гравитационные эффекты, а через тончайшие оттенки света, рассеянного в глубинах Вселенной. И тогда выражение «тёмная материя» может утратить свой буквальный смысл — ведь окажется, что даже тьма способна сиять.

• Чёрные дыры разных размеров могут выбрасывать струи вещества по единому правилу
• «Джеймс Уэбб» раскрыл удивительно упорядоченную погоду в мире в 20 световых годах от Земли
• Новолуние наступит 11 сентября: почему это хорошее время для наблюдения за звёздами
• Детектор LUX-ZEPLIN уловил загадочный сигнал: физики проверяют возможный след тёмной материи
• Сколько космических частиц проходит сквозь тело человека каждую секунду
• Загадочный космический гул может быть отголоском древних тёмных звёзд
• Земные микробы могут выживать в затененных районах Луны
• Зонд «Эйнштейн» обнаружил редкую рентгеновскую вспышку и рождение мощного магнетара