Темная материя оставляет на свету явный «отпечаток»
Ученые из Йоркского университета предложили новый способ «увидеть» темную материю. Эта загадочная субстанция составляет почти треть Вселенной, но до сих пор ее состав неизвестен. До недавнего времени считалось, что она никак не взаимодействует со светом и остается невидимой для наблюдателей. Новое исследование показывает, что при прохождении света через участки с темной материей появляются крошечные изменения цвета — едва различимые оттенки красного или синего, зависящие от типа вещества.
Эти следы возникают не напрямую. Свет может менять цвет, сталкиваясь с частицами, которые взаимодействуют с темной материей, например с бозоном Хиггса или топ-кварком. Именно эти косвенные эффекты оставляют так называемый «цветовой отпечаток», который способен зафиксировать высокочувствительная аппаратура. Такое обнаруженное свойство позволяет искать темную материю не в подземных лабораториях, а через наблюдение за звездным светом на расстоянии миллиардов световых лет.
Ученые предлагают использовать телескопы нового поколения, способные анализировать спектр света с точностью до миллиардных долей энергии фотона. Для экспериментов подходят приборы с высокоточной спектроскопией и сверхчувствительными детекторами фотонов. Метод позволит обнаруживать слабые изменения, которые раньше оставались незамеченными, и даст возможность выделить наиболее вероятные кандидаты на роль темной материи — вимпы, аксионы и темные фотоны.
Ранее подобные эксперименты проводились в рамках проекта DAMA в Италии под горой Гран-Сассо. Там пытались зафиксировать слабые взаимодействия массивных частиц, но результаты казались спорными. Теперь с новой методикой Йоркского университета легче наблюдать эффекты напрямую через свет. Кроме того, средства и время на поиск сокращаются.
Астрономы смогут более точно выделять области космоса, где концентрируется темная материя, и проверять разные теории ее строения. Даже слабые изменения в спектре будут служить подсказками о массе и распределении этих частиц.
Идея о существовании темной материи появилась почти сто лет назад. В 1930-х годах швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что видимая масса галактик слишком мала, чтобы удерживать звезды на их орбитах — значит, где-то есть невидимая масса. С тех пор многие ученые, включая команды в США, Европе и Азии, пытались понять, из чего она состоит. Эксперименты велись под горами, в глубоких шахтах, чтобы исключить влияние обычного излучения и зафиксировать крошечные сигналы от таинственной материи.
Ранее мы писали о том, что подземный эксперимент SABRE South в Австралии сможет раскрыть состав темной материи.
