Тёмная материя, загадочная субстанция, предположительно составляющая большую часть Вселенной, возможно, не так уж и невидима. Новое исследование выдвигает революционную гипотезу: она может оставлять едва заметный красный или синий «отпечаток» в свете, проходящем сквозь области, насыщенные ею.
Учёные из Йоркского университета предполагают, что свет может тонко менять свой цвет при взаимодействии с тёмной материей. Это потенциально открывает совершенно новый путь для её прямого обнаружения. Подобное открытие бросает вызов давнему убеждению о том, что тёмная материя и свет не взаимодействуют никаким измеримым образом.
До сих пор тёмная материя была известна исключительно по её гравитационному влиянию, которое удерживает галактики вместе и формирует их структуру. Поскольку она не излучает и не отражает свет, учёные традиционно полагали, что оптическими методами её обнаружить невозможно. Однако новая работа показывает, что такой взгляд на природу тёмной материи может быть неполным.
Согласно команде из Йорка, свет, который пронизывает космическое пространство, может приобретать лёгкий красный или синий оттенок, зависящий от типа тёмной материи, с которой он сталкивается. Обнаружение этих тонких вариаций способно открыть новое «окно» для изучения невидимого материала, доминирующего в космосе.
В основе исследования лежит концепция, похожая на «правило шести рукопожатий» – идею о том, что любые два человека на планете связаны между собой короткой цепочкой знакомств. Учёные предполагают, что нечто подобное может происходить и на уровне субатомных частиц.
Даже если тёмная материя напрямую не взаимодействует со светом, она вполне может влиять на него косвенно – через другие частицы. Некоторые кандидаты на роль тёмной материи, так называемые слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), могут оказывать воздействие на свет, связываясь с ним через цепочку промежуточных частиц, таких как бозон Хиггса и топ-кварк.
Доктор Михаил Башканов из Школы физики, инженерии и технологий Йоркского университета подчёркивает необычность такого вопроса в научном мире. «Большинство исследователей согласились бы, что тёмная материя именно что тёмная, то есть невидимая. Однако мы показали, что даже самая «тёмная» из возможных тёмных материй всё ещё может обладать своего рода цветовой сигнатурой», – объясняет он.
«Это захватывающая идея, и ещё более интересно то, что при определённых условиях этот «цвет» действительно может быть обнаружен, – добавляет доктор Башканов. – С помощью телескопов следующего поколения мы могли бы его измерить. Это означает, что астрономия может рассказать нам нечто совершенно новое о природе тёмной материи, значительно упрощая её поиск».
Исследование подробно описывает, как эти косвенные взаимодействия можно будет проверить в ходе будущих экспериментов, что позволит исключить определённые модели тёмной материи и уточнить другие. Команда также акцентирует внимание на важности учёта этих выводов при разработке перспективных телескопов.
Тёмная материя остаётся одной из величайших загадок физики, проявляя себя лишь посредством гравитационного притяжения. Подтверждение этих результатов способно обеспечить совершенно новый подход к её обнаружению и углубить наше понимание того, как устроена Вселенная.
«Прямо сейчас учёные тратят миллиарды на создание различных экспериментов – одни для поиска WIMP, другие для аксионов или тёмных фотонов. Наши результаты показывают, что мы можем сузить область и методы поиска на небе, потенциально экономя время и помогая сфокусировать эти усилия», – отмечает доктор Башканов.
Работа была опубликована в научном журнале Physics Letters B.
