PRB: темную материю можно обнаружить по оттенку света из далеких галактик

Тёмная материя остается одной из главных загадок современной физики. Она обладает массой, но не взаимодействует со светом, поэтому остается невидимой. Международная команда ученых предложила новый подход к поиску темной материи, основанный на ее следах в далеких галактиках. Работа опубликована в журнале Physics Letters B (PRB).

Известные частицы вроде нейтрино частично соответствуют этим критериям, но слишком легкие и быстрые, чтобы объяснить поведение галактик и крупномасштабную структуру Вселенной. Одной из популярных гипотез остается теория WIMP-частиц — массивных слабовзаимодействующих частиц, которые могли бы составлять темную материю.

Считается, что они слишком тяжелые, чтобы их можно было создать или зарегистрировать в современных ускорителях. Однако при редких столкновениях такие частицы могли бы распадаться, испуская высокоэнергетические фотоны, например гамма-излучение.

До сих пор поиск этих сигналов не дал убедительных результатов. Но в новой работе исследователи предложили иной подход: искать не сами частицы, а следы их влияния на свет от далеких галактик.

Ученые рассчитали, как фоновое излучение взаимодействовало бы с двумя типами темной материи — чисто гравитационной, которая не взаимодействует с обычной материей, и слабо взаимодействующей, где возможны столкновения между частицами.

Расчеты показали, что различие можно уловить в характере рассеяния фотонов (частиц света). Если темная материя взаимодействует только гравитационно, фотоны будут чаще рассеиваться вперед, получая небольшое увеличение энергии и поэтому иметь синий оттенок. Если же темная материя действительно взаимодействует слабо, фотоны чаще будут рассеиваться назад, теряя энергию и приобретут красный оттенок.

Ученые сравнили свои модели с данными гамма-телескопа Fermi-LAT, наблюдавшего центр Млечного Пути. Результаты оказались совместимыми с обоими вариантами, но будущие, более точные наблюдения могут подтвердить или опровергнуть гипотезу.

Если эффект удастся зарегистрировать, это откроет новый метод изучения темной материи — не через прямые столкновения, а через тончайшие изменения спектра света, приходящего к нам из глубин космоса.