Складно навіть уявити: фізики з'ясували, скільки може існувати темна матерія

Аналіз світла далеких галактик дозволив астрофізикам встановити обмеження на можливий час життя провідних кандидатів на роль темної матерії. Хоча загадкова субстанція все ще не була виявлена безпосередньо, вчені зробили важливий крок вперед у її пошуках у Всесвіті. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Universe Today.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Незважаючи на багато десятиліть спостереження за космосом і численні дослідження, темна матерія продовжує залишатися загадковою субстанцією, що становить 85% маси Всесвіту. Досі астрофізики так і не з'ясували, з яких частинок складається темна матерія, хоча вважається, що вони точно не входять до Стандартної моделі фізики елементарних частинок, що описує частинки, з яких складається звичайна матерія. Це речовина, з якої складається все, що ми бачимо навколо, а також у космосі. Водночас фізики вже змогли з'ясувати, як працює темна матерія. Автори дослідження змогли встановити нове обмеження на час життя темної матерії, що наближає нас до вирішення її загадки.

Загадка темної матерії виникає із загальної теорії відносності Ейнштейна, яка пророкує, як маса викривляє тканину простору-часу. Але спостереження за далекими галактиками показали, що їхні криві обертання не відповідають тій масі, яку можна побачити. Тобто ці галактики обертаються швидше, ніж повинні.

Оскільки вже багато разів учені підтверджували правильність загальної теорії відносності, вони припустили, що в космосі має існувати додаткова маса, яку не можна побачити у видимому світлі, і з цього виникла теорія темної матерії, яка описує гіпотетичну масу, що взаємодіє зі звичайною матерією тільки за допомогою гравітації.

Але побачити безпосередньо темну матерію ще не вдалося, і її пошук ускладнюється тим, що астрофізики не знають, які саме частинки, що складають цю масу, потрібно шукати. Можливими кандидатами на роль темної матерії є слабо взаємодіючі масивні частинки або вімпи, а також аксіоноподібні частинки. Останніми роками фізики використовували комбінацію моделей і спостережень, щоб обмежити властивості темної матерії.

Наприклад, автори нового дослідження створили новий спектрографічний метод, який дозволив їм спостерігати світло від двох карликових галактик під назвою Leo V і Tucana II за допомогою одного з Магелланових телескопів, розташованих у Чилі.

Астрофізики зосередили свою увагу на аксіоноподібних частинках і вирішили з'ясувати, як вони можуть розпадатися і водночас спонтанно випускати світло в ближньому інфрачервоному діапазоні, як передбачають теоретичні моделі.

Через те, що спостереження за цим світлом ускладнюється впливом багатьох електромагнітних джерел, а також міжзоряним пилом і атмосферними перешкодами, вчені запропонували новий метод дослідження. Цей метод фокусується на певному процесі розпаду частинок, який виробляє випромінювання у вузькому діапазоні світла. Новий метод пошуку темної матерії перевірили за допомогою спектрографа, встановленого на телескопі.

У результаті вчені змогли точно врахувати все ближнє інфрачервоне світло, яке виходить від двох галактик. Хоча фізики не виявили розпаду частинок, але цей факт вони використовували для встановлення верхніх меж частоти частоти подій розпаду або нижньої межі терміну життя аксіоноподібних частинок. Таким чином фізики з'ясували, що частинки темної матерії можуть існувати в 10 — 100 мільйонів разів довше, ніж існує Всесвіт (приблизно 13,8 млрд років). Це найбільш сувора на сьогоднішній день межа для терміну життя темної матерії, яка відкриває нові можливості для її пошуку.

Як уже писав Фокус, розгадка недоведеної теорії Ейнштейнаховається у світлі Великого вибуху. Вчені запропонували спосіб перевірки одного з найбільш інтригуючих прогнозів загальної теорії відносності Ейнштейна: гравітаційної пам'яті.

Також Фокус писав про те, що згідно з новим дослідженням, внутрішнє ядро Марсатаке ж тверде, як і ядро Землі, хоча це кидає виклик існуючій теорії.