Ученые увидели невидимую темную материю: загадочное вещество оставляет цветные "отпечатки"

Темная материя — загадочное вещество, которое составляет более 80% всего вещества во Вселенной, возможно, не такое уж и "темное", пишет Space. Теоретическое исследование, проведенное физиками из Йоркского университета, указывает, что эта невидимая субстанция может оставлять едва заметные красные или синие оттенки в свете, который проходит через участки космоса с высокой концентрацией темной материи.

Результаты работы, опубликованной в журнале Physics Letters B, дают основания предполагать, что свет может взаимодействовать с частицами темной материи не напрямую, а опосредованно — через промежуточные элементарные частицы, в частности бозон Хиггса, который отвечает за массу других частиц. В таком случае фотоны, частицы света, могут слабо рассеиваться, изменяя свой спектр — и оставляя "цветную подпись" в виде незначительного красного или синего смещения.

"Большинство ученых соглашаются, что темная материя — действительно темная. Но мы показали, что даже самый темный ее тип может иметь собственный цветной след", — объяснил соавтор исследования, физик Йоркского университета Михаил Башканов.

В модели, которую предлагают британские исследователи, существует два сценария. Если темная материя состоит из массивных частиц (Weakly Interacting Massive Particle, WIMP), которые имеют слабое взаимодействие, свет, проходя через такие области, частично терять свои высокоэнергетические синие фотоны — следовательно, приобретать красный оттенок. Если же он взаимодействует исключительно через гравитацию, будет наблюдаться обратный эффект — свет будет едва "синеть".

Оба эффекта чрезвычайно слабые, однако, по словам авторов, не равны нулю. Это означает, что темная материя может оставлять спектральный "отпечаток" на свете, который проходит через ее плотные скопления — в частности центры галактик или галактические кластеры.

Такие изменения, даже если они мизерные, потенциально могут быть зафиксированы телескопами следующего поколения. Речь идет прежде всего о Европейском чрезвычайно большой телескоп (Extremely Large Telescope, ELT), который строится в Чили, и Римский космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман от NASA.

"Это открывает перспективу нового метода поиска темной материи — не через обнаружение ее частиц непосредственно, а через анализ влияния на космический свет, — отметил Башканов. — С помощью высокочувствительных инструментов мы сможем проверить, действительно ли она оставляет спектральный след в космосе".

Научное сообщество пока воспринимает эти выводы с осторожностью. Выявление предполагаемых изменений в цвете света требует сверхточной спектральной аппаратуры и анализа лучей, прошедших миллиарды световых лет. В то же время если прогноз британских исследователей подтвердится, это станет новым этапом в понимании природы темной материи — вещества, без которой современная картина Вселенной будет оставаться неполной.

Недавно сообщалось о виртуальных частицах, которые являются парадоксальным, чисто математическим инструментом современной физики. Он позволяет с чрезвычайно высокой точностью описывать три фундаментальные силы природы и объяснять, как взаимодействуют реальные элементарные частицы.