Темная материя может состоять из сверхлегких темных фотонов, которые нагрели нашу Вселенную. К такому выводу пришли авторы нового исследования. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В чем особенность новой гипотезы?
Особенность новой гипотезы в том, что она прекрасно согласуется с наблюдениями, сделанными спектрографом космического происхождения (COS) на борту космического телескопа «Хаббл». Он изучает «космическую паутину», сложную и разреженную сеть нитей между галактиками, которая заполняет космос.
Какие данные собрал спектрограф?
Согласно данным, собранным COS, космические межгалактические нити горячее, чем предсказывало гидродинамическое моделирование стандартной модели формирования структуры.
Предоставлено: д-р Эвальд Пухвейн и сотрудничество Sherwood-Relics
Поскольку темные фотоны могут теоретически преобразовываться в фотоны низкой частоты и нагревать космические структуры, они дополняют новую экспериментальную информацию, объясняют авторы исследования. Его провели сотрудники SISSA в сотрудничестве с исследователями из Тель-Авивского, Ноттингемского и Нью-Йоркского университетов.
Что такое темные фотоны?
Темные фотоны — это новые гипотетические элементарные частицы. Их считают переносчиками нового фундаментального взаимодействия, «посредником» между обычной и темной материями. Согласно гипотезе, они взаимодействуют именно благодаря этим частицами.
Точно также фотоны являются носителями силы для электромагнетизма. Однако, в отличие от них, темные фотоны могут иметь массу. В частности, сверхлегкий темный фотон — с массой всего на двадцать порядков меньше массы электрона — является хорошим кандидатом на роль темной материи.
Также к темному фотону причисляют любую новую силу природы, которая возникает в рамках теоретического расширения Стандартной модели и ведет себя как электромагнитное взаимодействие. Часто в таких моделях присутствует нестабильный или обладающий ненулевой массой темный фотон. Он быстро распадается на другие частицы, например, электрон-позитронные пары. Кроме того, темный фотон, согласно гипотезе, в состояниями напрямую взаимодействовать с известными частицами, например, электронами или мюонами. Но только в том случае, если эти частицы несут заряд, связанный с вышеуказанным новым взаимодействием.
Как темные фотоны связаны с космической паутиной?
Ожидается также, что темные и обычные фотоны будут смешиваться подобно различным типам нейтрино. Это позволит им преобразовываться в низкочастотные фотоны. Они, в свою очередь, будут нагревать космическую паутину. Однако, в отличие от других механизмов нагрева, основанных на астрофизических процессах, таких как звездообразование и галактические ветры, этот процесс более рассеян и эффективен даже в регионах космоса с низкой плотностью.
Отсутствующий элемент
Обычно астрофизики использовали космические нити, чтобы исследовать мелкомасштабные свойства темной материи. Однако в новом исследовании ученые впервые использовали данные межгалактической среды с низким красным смещением в качестве калориметра. Цель — проверить, всех ли процессов нагрева, которые астрономы наблюдали ранее, достаточно, чтобы воспроизвести полученные на COS данные.
Теория относительности Эйнштейна утверждает, что часы, расположенные ближе к большому телу (например, к Земле), будут идти медленнее, чем часы, находящиеся подальше, — например, в космосе. Это явление, известное как гравитационное красное смещение, ранее уже было подтверждено исследователями.
В итоге они обнаружили, что это не так: есть какой-то отсутствующий элемент. Поэтому ученые и предположили, что все дело в темных фотонах.
Что дальше?
В рамках нового исследования физики определили массу и смешивание темного фотона с фотоном Стандартной модели. Она необходима, чтобы устранить несоответствия между наблюдениями и моделированием. В будущем этот эксперимент приведет к дальнейшим теоретическим и наблюдательным исследованиям, чтобы изучить возможность того, что темный фотон может составлять темную материю.
Читать далее:
Ученые из зоны вечной мерзлоты: как они разрабатывают умную одежду и вакцину против рака
Ученые «обманули» время и отправили фотон в прошлое: как этот прорыв изменит физику