Темна матерія, речі, про які, як вважається, складають близько чверті Всесвіту, але, схоже, взагалі не взаємодіють зі світлом, можуть мати крихітний електричний заряд, згідно з новим дослідженням.
Поки темна матерія зробила свою присутність відомою лише через гравітацію, за допомогою буксирування зірок і галактик. Але зараз астрофізики Джуліян Муньос та Абрахам Лоб з Гарвардського університету припускають, що невелика частка частинок темної речовини може мати крихітний електричний заряд - це означає, що темна речовина може взаємодіяти з нормальною речовиною через електромагнітну силу.
Якщо це правда, ця ідея не тільки би представляла собою великий крок у розумінні темної матерії, але й пояснювала б недавню таємницю, яка бентежить космологів.
Цікаве охолодження
У лютому астрономи оголосили про перше виявлення невловимого сигналу водню з космічного світанку, періоду приблизно через 180 мільйонів років після Великого вибуху, коли перші зорі почали світити. У цей час газ водню, що плавав між зірками, був холодним - холоднішим, ніж космічний мікрохвильовий фон, залишкове випромінювання від Великого вибуху, що омиває Всесвіт.
Оскільки водень холодніший від цього післясвічення, газ поглинає випромінювання, зокрема, випромінювання з довжиною хвилі 21 сантиметр (8,3 дюйма). Вимірюючи поглинання випромінювання воднем, астрономи можуть краще зрозуміти космічний світанок, відносно невідому епоху космічної історії. Використовуючи радіоантену в Західній Австралії під назвою «Експеримент з виявлення глобальної епохи реабілітаційного підпису» (EDGES), команда астрономів змогла вперше виявити це поглинання.
"Це саме по собі дивовижне наукове відкриття", - сказав Муньос Live Science. Але більше того, додав він, астрономи виявили, що вдвічі більше фотонів поглинається воднем, ніж очікувалося. Щоб газ поглинав стільки випромінювання, він повинен був бути ще крутішим, ніж думали вчені.
Муньос і Льоб запропонували, що темна речовина може стати винуватцем цікавого похолодання. У роботі, опублікованій 30 травня в журналі Nature, вони виявили, що якщо менше 1 відсотка темної речовини має приблизно мільйонну частину електричного заряду електрона, то ця невловима речовина може витягувати тепло з водню - подібно тому, як кубики льоду охолоджують ваш лимонад. «Ожеледиця тут - темна справа», - сказав Муньос.
Їх ідея не зовсім нова. Десятиліття тому фізики припустили, що частинки темної речовини можуть мати електричний заряд.
І це не єдине пояснення цього охолодження. У статті, проведеній 1 березня в журналі Nature, Реннан Баркана, космолог з Університету Тель-Авів в Ізраїлі, запропонував, що більш загальна форма темної речовини, яка не обов'язково має заряд, може охолодити нормальну речовину і пояснити дані EDGES .
Обидві пропозиції темної матерії роблять подібні прогнози, сказав Баркана, який не брав участі в поточному дослідженні.
"Це час обережного оптимізму та збереження відкритості, як щодо радіоспостереження, так і інтерпретації", - сказала Баркана в Live Science.
Десятки ідей
Темна матерія - лише одна з десятків ідей, запропонованих для пояснення аномалії. Наприклад, замість того, щоб газ був прохолоднішим, фонове випромінювання могло бути гарячішим, ніж очікувалося, при деяких екзотичних процесах виробляється більше випромінювання, яке ще потрібно врахувати. Або просто можуть бути помилки в аналізі чи вимірюванні.
Дійсно, спостереження EDGES є першим у своєму роді, і хоча команді два роки було проведено перевірку та подвійну перевірку аналізу, дослідникам знадобиться більше даних для підтвердження спантеличуючих результатів.
"Якщо EDGES правильний, я не думаю, що існує якесь звичне пояснення, яке є переконливим", - сказав Стівен Фурланетто, астрофізик з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, який не брав участі в дослідженні. "Вам дійсно потрібно перейти до одного з цих нестандартних сценаріїв фізики, і в цьому випадку я думаю, що це широко відкрито".
Муньос, однак, є частковим до пояснення темної матерії. "Якщо EDGES дійсно має рацію, здається, дуже важко, щоб це не було наслідком темної матерії", - сказав він.
Кілька інструментів по всьому світу вже готуються для більш детальних спостережень. На відміну від EDGES, деякі експерименти, такі як радіотелескоп у Південній Африці, який називається Воднева епоха реіонізаційного масиву, зможуть виміряти, як поглинання змінюється в небі. Якщо невелика частка темної речовини електрично заряджається, як кажуть Муньос та Льоб, то це створить чітку закономірність у цій варіації - забезпечивши ключовий тест для електрично зарядженої темної речовини.
