Тёмная материя ведёт себя больше как волны, чем как частицы
Физики давно пришли к выводу, что большая часть материи во Вселенной состоит из невидимого вещества, о существовании которого мы знаем только по его косвенному воздействию на звезды и галактики, а также на их свет. Но природа тёмной материи остаётся загадкой.
Однако в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, Альфред Амрут из Университета Гонконга и его коллеги высказали своё мнение, основанное на особенностях гравитационного линзирования.
Когда свет, путешествующий по Вселенной, проходит мимо массивного объекта, такого как галактика, его путь искривляется, поскольку, согласно общей теории относительности гравитация массивного объекта искажает пространство и время вокруг себя.
В результате иногда, когда мы смотрим на далёкую галактику, мы видим искажённые изображения других галактик за ней. И если все складывается как нужно, свет от фоновой галактики будет размазан по кругу вокруг более близкой галактики.
Такое искажение света называется гравитационным линзированием, а круги, которые оно может создавать, называются «кольцами Эйнштейна». Изучая, как искажаются кольца или другие линзированные изображения, астрономы могут узнать о свойствах ореола тёмной материи, окружающего более близкую галактику.
В системе HS 0810+2554 видны множественные изображения фонового изображения, созданного гравитационным линзированием
До сих пор все попытки обнаружить частицы тёмной материи в лабораторных экспериментах не увенчались успехом, и физики уже несколько десятилетий спорят о её природе. Учёные предложили два ведущих гипотетических кандидата на тёмную материю: относительно тяжёлые «слабо взаимодействующие массивные частицы» (WIMPs) и чрезвычайно лёгкие частицы — аксионы.
В теории, WIMPs будут вести себя как дискретные частицы, в то время как аксионы будут гораздо больше похожи на волны — и всё из-за квантовой интерференции.
Амрут и его команда в своём новом исследовании рассмотрели несколько систем, в которых вокруг передней линзирующей галактики наблюдалось несколько копий одного и того же фонового объекта, уделив особое внимание одной из них под названием HS 0810+2554.
С помощью детального моделирования они выяснили, как искажались бы изображения, если бы тёмная материя состояла из WIMPs, и как они искажались бы, если бы тёмная материя состояла из аксионов. Модель WIMP не очень похожа на реальную, но модель аксионов точно воспроизводит все особенности системы.
Полученный результат позволяет предположить, что аксионы являются более вероятным кандидатом на роль тёмной материи, а их способность объяснить аномалии линзирования и другие астрофизические наблюдения вызывает у учёных восторг.
