Темна матерія має дві основні властивості: вона має масу, як і звичайна матерія, але, на відміну від звичайної, майже не взаємодіє зі світлом — або взагалі не взаємодіє. Нейтрино задовольняють обидва ці критерії, проте вони рухаються крізь простір майже зі швидкістю світла, тому належать до так званої гарячої темної матерії. Наявні спостереження свідчать, що темна матерія, навпаки, холодна.
Крім того, нейтрино занадто мало, щоб пояснити всю темну матерію, тож ми знаємо, що вона не може складатися лише з них. Жодна інша відома частинка не відповідає вимогам, і тому ми досі не маємо уявлення, з чого саме складається темна матерія. І тут у гру вступають теоретичні фізики.
Однією з найпопулярніших гіпотез є припущення, що темна матерія складається з слабковзаємодіючих масивних частинок (WIMPs). Існує кілька варіацій цієї теорії, але суть одна: це частинки настільки масивні, що їх неможливо зафіксувати сучасними прискорювачами.
Одним із наслідків існування WIMPs є те, що вони можуть розпадатися — спонтанно або через взаємодію між собою — на легші частинки, які ми вже спостерігаємо.
Через це проводилося кілька спроб знайти випромінювання, що могло б свідчити про темну матерію, наприклад, гамма-промені. Ідея полягає в тому, що під час зіткнення частинок темної матерії може виникати каскад високоенергетичних частинок і світла. Проте докази цього поки що вкрай слабкі і не сягають рівня переконливих. Якщо темна матерія і взаємодіє, то дуже слабо — і не випромінює значної кількості світла.
Новий погляд на розпад темної матерії
Однак нещодавнє дослідження пропонує інший підхід до пошуку частинок розпаду WIMP. Воно опубліковане в журналі Physics Letters B. Замість того щоб намагатися безпосередньо виявити високоенергетичні частинки розпаду, автори дослідження розрахували, як фонове світло може взаємодіяти з ними. Вони з’ясували, що такі взаємодії можуть впливати на світло від далеких галактик — і цей ефект може бути вимірюваним.
Команда обчислила теоретичні ефективні площі розсіювання для двох сценаріїв темної матерії:
- коли темна матерія взаємодіє лише гравітаційно;
- коли зіткнення її частинок породжує вторинні частинки.
Читайте також: Вчені відновили карту поселення, яке 3 000 років лежало під поверхнею озера
У першому випадку фотони з низькою енергією частіше розсіюються вперед, а в другому — схильні частіше відбиватися назад.
Крихітний відтінок у світлі
Це означає, що якщо темна матерія взаємодіє лише через гравітацію, то світло, проходячи крізь неї, отримує трохи додаткової енергії — і зміщується в синій бік спектра. Якщо ж темна матерія слабковзаємодіюча, то світло, навпаки, трохи втрачає енергію й виглядає червонішим.
Слід підкреслити, що цей ефект надзвичайно малий. Він занадто незначний, щоб, наприклад, підтримати альтернативні космологічні моделі на кшталт теорії «втомленого світла». Проте він може бути достатньо великим, аби його зафіксувати.
Для перевірки гіпотези автори порівняли свої розрахунки з даними Fermi-LAT — спостереженнями за гамма-випромінюванням із центру Чумацького Шляху.
Виявилося, що обидві моделі цілком узгоджуються з поточними межами спостережуваних даних. Точніші вимірювання високоенергетичних гамма-променів із центру нашої галактики можуть підтвердити або спростувати ці припущення.
Таємниця, що триває
Темна матерія залишається однією з найглибших загадок космології. Тож науковці не припиняють шукати нові ідеї. Можливо, відкриття, на яке ми всі чекаємо, доведе, що ми буквально бачимо Всесвіт крізь рожеві окуляри.
