Ученые поняли, как темные фотоны изменили нашу Вселенную: что это меняет

Ученые смоделировали на суперкомпьютере двумерную проекцию космической паутины. Так физики нашли новое подтверждение того, что темная материя может состоять из темных фотонов. «Хайтек» рассказывает главное.

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.

Двухмерная проекция космической паутины, полученная в результате моделирования на суперкомпьютере. 
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.

Представление художника о движении фотонов. Предоставлено: Robert Couse-Baker

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.

одно из самых массивных известных скоплений галактик, RX J1347.5–1145, центр которого виден здесь в темной «дыре» в наблюдениях ALMA. Источник: ALMA, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

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

10 научных фактов, которые оказались фейками. Карточки

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Юпитер оказался не таким, как считали ученые: открытие опровергает гипотезу о гиганте
Космос
Физики придумали, как найти новые измерения в пространстве
Наука
Посмотрите на первое фото кометы C/2024 G3 в России: она прилетает раз в 160 000 лет
Космос
Ученые нашли необычные частицы: их поведение невозможно объяснить обычной физикой
Наука
Байден запретит поставки ИИ-чипов в Россию: что ответила NVIDIA
Новости
300 млрд киловатт-часов: Китай строит крупнейшую в мире гидроэлектростанцию
Новости
Парниковые газы предложили хранить в стенах домов для борьбы с изменением климата
Наука
Ученые разгадали тайну, как древние птерозавры поднялись в воздух
Наука
Эксперимент показал, что фотоны света могут вести себя как частицы темной материи
Наука
ИИ создал крупнейшую базу данных фотографий северного сияния
Наука
Молекулы РНК превратили в «фонарики», чтобы отслеживать их работу в клетке
Наука
Европейский зонд показал северный полюс Меркурия в рекордных деталях
Космос
Посмотрите, как изменится внешний вид людей через 30 лет  
Наука
Посмотрите на первые фото Tesla Model Y без камуфляжа  
Новости
«Тостер» для смартфона обновляет зарядку гаджета за секунды
Новости
Гаджет, который научился читать мысли человека, показали на CES 2025
Новости
Эта камера будет снимать на Луне: Nikon представила прототип на CES 2025  
Новости
Ярчайший гамма-всплеск в истории связали с теорией струн и темной материей  
Новости
Наука в фокусе: кто и зачем делает научно-популярные видеоблоги в России
Кейсы
Telegram раскрыл данные о 2000 пользователях в после ареста Дурова
Новости