Фізики давно прагнули розкрити темну речовину і отримати фактичний погляд на таємничу речовину, яка становить чверть Всесвіту. Одна ідея, що ховається під плащем невидимості? Багато крихітних нечітких частинок, які поводяться як одна гігантська частинка.
Але остання полювання на такі нечіткі, надлегкі частинки, опублікована 28 лютого в Журналі космічної та фізики астрочастинок, виникла з порожніми руками.
Результати говорять про те, що якщо темна матерія справді складається з цих мізерних частинок, вона настільки невловима, як підказує її назва, і ледве взаємодіє зі звичайною речовиною.
Серце темряви
Темна матерія - одна з найбільш збережених таємниць Всесвіту. Матеріал не взаємодіє зі світлом, але при цьому тягне гравітаційне тягання до іншої речовини. Хоча він складає близько чверті маси та енергії у Всесвіті, вчені не можуть знайти його, а то й зрозуміти, з чого він складається.
Багато вчених припускають, що темна речовина може складатися із слабко взаємодіючих масивних частинок, WIMP. Але теорії WIMP виходять короткими кількома способами. Наприклад, ці частинки повинні викликати невеликі структури в павутині галактик, яких астрономи не бачили. Тож натомість деякі вчені шукають інший напрямок темної матерії - до надлегких частинок.
Хоча існує багато уявлень про те, якою може бути темна речовина, жодна з них не має великих підтверджень, - зазначив Сергій Троїцький, співавтор статті та науковий співробітник Інституту ядерних досліджень Російської академії наук. "Тому потрібно розглянути, вивчити та виключити всі можливості по черзі".
Деякі теорії ультралегкої, також відомі як нечітка темна речовина, пропонують частинку, яка приблизно в 10 ^ 28 разів легша за електрон. Ця «нечітка» темна речовина так називається, оскільки її низька маса означає, що вона більше нагадує розмазану частинку з розмитою нові межі, ніж хвиля. Нове дослідження перевірило спосіб пошуку цих типів частинок у світлі від активних галактик.
Оскільки темна речовина складає таку велику частину Всесвіту, якщо вона складається з надлегких частинок, їх має бути багато. Насправді так багато, що вони існували б в унікальному стані, як поле чи конденсат Бозе-Ейнштейна - стан, коли частинки, часто при надхолодних температурах, злипаються і діють згуртовано, як єдине ціле. У той час як окремі частинки темної речовини не взаємодіють зі світлом - саме тому вчені намагаються їх знайти - на великих масштабах поле вплине на поляризацію або орієнтацію світла, оскільки воно мрячи по простору. Це відбуватиметься, коли густина поля регулярно коливається, фактично змінюючи спосіб, яким світло проходив через регіон.
Теорія припускає, що цей ефект можна побачити в області темної речовини не менше 325 світлових років. Швидкість коливань поля безпосередньо залежить від маси надмірних частинок темної речовини, тому, побачивши цей ефект, вчені сподівалися, що вони зможуть виміряти масу темної речовини.
Щоб шукати зміни в поляризації світла через поля надлегкої темної речовини, вчені переглянули архівні дані з дуже довгого базового масиву, радіотелескопа, що складається з 10 (82 футів) (25 метрів) телескопів, що експлуатуються від Сокорро, Нью-Йорк Мексика. Вони зосередили увагу на світлі з 30 галактик, які викидають величезні кількості речовини в струменях, які можуть розтягнути сотні світлових років поперек. Світло від цих галактик сильно поляризоване і було добре вивчене, тому багаторічні архівні дані про них уже були доступні.
"Ми часто використовуємо астрофізичні дані з опублікованих праць або публічно доступних баз даних для обмеження властивостей елементарних частинок", - сказав Троїцький Live Science. "Але цього разу ми зв’язалися з нашими колегами-радіоастрономами, і вони переконалися у власних даних, ретельно вибираючи спостережні серії саме для нашого завдання".
Аналізуючи дані за два десятиліття, вчені виявили багато коливань, але не тих типів, яких шукали. Активні ядра галактики часто пульсують без регулярної частоти. Але коливання з надлегкої темної речовини все відбуватимуться з однаковою тривалістю між коливаннями.
Зрештою, вчені не побачили жодних ознак надлегкої темної матерії, принаймні у типах мас, які могли б пояснити відсутність невеликих структур, що знаходяться в павутині галактик. Однак це не означає, що їх абсолютно не існує.
"Немає гарантії, що має частинка темної речовини будь-який взаємодія з видимим світом, крім гравітації, - сказав Троїцький. - Було б дуже важко виявити таку частинку з якоюсь масою і жодної іншої взаємодії, хоча це справді один з найпростіших варіантів пояснення темної матерії ».
Хоча нове дослідження може зробити звичайну надлегку темну речовину малоймовірною, дослідники не готові виключити це.
"Єдине, що ми точно знаємо про темну речовину - це те, що вона лежить поза відомою фізикою частинок", - сказав Реннан Баркана, астроном з Тель-Авівського університету в Ізраїлі, який не займався дослідженням. "Отже, поки ми не маємо переконливих спостережних доказів природи темної матерії, ми повинні бути обережними щодо здогадок і домислів ... і тримати відкриту думку".
