Ученые ищут следы темной материи в ионосфере Земли
Астрофизики ищут вероятные частицы темной материи, например, темные фотоны или аксионы, рассчитывая обнаружить их через специфические взаимоотношения с другими частицами. Недавнее исследование, проведенное интернациональной командой ученых из Университетов Рима и Женевы, предлагает новый способ поиска — через регистрацию радиосигналов, возникающих в результате взаимодействия темной материи с ионосферой Земли.
Работа открывает неизведанные ранее возможности для экспериментов по изучению темной материи. Исследователи предполагают, что частицы, составляющие темную материю, могут превращаться в стандартные фотоны под влиянием ионосферы — слоя плазмы, окружающего Землю. Такой процесс можно зафиксировать с помощью недорогих антенн.
По словам первого автора исследования Карла Бидла, ранее подобные процессы изучались в отношении нейтронных звезд, солнечной короны и некоторых планет Солнечной системы, например, Юпитера. Однако ионосфера Земли, благодаря ее хорошо изученным свойствам, представляет собой уникальную лабораторию для проверки этих теорий.
В теории, значительную долю темной материи могут составлять ультралегкие частицы — темные фотоны, аксионы. Если масса таких частиц совпадает с частотой плазмы в ионосфере, возникает так называемое резонансное преобразование, при котором темные фотоны превращаются в обычные. Это преобразование можно представить как взаимодействие частиц темной материи и свободных электронов, содержание которых изменяется в зависимости от высоты в ионосфере.
Ученые рассчитали вероятность такого преобразования, учитывая возможные эффекты, ослабляющие сигнал, а также сравнили предсказанный сигнал с уровнями фонового шума. Результаты показывают, что простая дипольная антенна могла бы обнаружить эти радиофотоны. Такой эксперимент позволил бы с минимальными затратами изучить в значительной мере теоретическое пространство, связанное с темной материей.
Одним из преимуществ данного подхода является минимизация астрофизических неопределенностей, поскольку свойства ионосферы достаточно изучены, а ее близость к Земле делает эксперименты более управляемыми. Исследователи уже начали сотрудничать с экспериментальными физиками для проверки своих теорий на практике.
Карл Бидл отметил, что в распоряжении ученых есть ряд данных, которые можно проанализировать на наличие предсказанного сигнала. Кроме того, есть интерес со стороны других исследователей к реализации эксперимента. «Мы рады сотрудничеству с экспериментаторами, чтобы провести проверку наших идей, а также продолжаем работать над улучшением теоретических расчетов», — добавил он.
Исследование астрофизиков открывает новую главу в процессе поиска темной материи, предлагая изучать ее через взаимодействие с локальными плазменными структурами. Если предположения ученых получат подтверждение, это станет значительным шагом вперед в понимании природы одной из самых загадочных составляющих нашей Вселенной.
Ранее астрофизики разгадали загадку звездного потока GD-1.
