Ученые доказали, что «легкая» темная материя не существует

Журнал Physical Review Letters опубликовал исследование, доказывающее, что темная материя не может состоять из сверхлегких частиц.

Считается, что темная материя состоит из тяжелых невзаимодействующих друг с другом частиц «вимпов» (Weakly Interacting Massive Particles). Поскольку «вимпы» так и не были обнаружены, ученые предположили, что темная материя может иметь иные физические свойства. Мнения разделились, некоторые сочли, что темная материя представляет собой некоторую форму жидкости. Другие посчитали, что это тяжелые и, напротив, сильно взаимодействующие между собой частицы «симпы». Третьей теорией стали крайне легкие частицы «аксионы», которые в сотни тысяч раз легче электронов.

Мануэль Майер из Стокгольмского университета (Швеция) с коллегами обнаружили практические доказательства того, что на самом деле одна из теорий не соответствует реальности, и аксионы не существуют. К такому выводу ученые пришли во время шестилетнего наблюдения за колебаниями в спектре галактик. Если бы аксионы существовали, они бы взаимодействовали с фотонами, когда они проходят сквозь сильные магнитные поля, которые невозможно игнорировать вблизи черных дыр и магнетаров. Сигнатурой взаимодействия стали бы следы в галактическом спектре, характеризуемые значительным снижением интенсивности гамма-излучения. Кроме этого при существовании аксионов Вселенная не была бы такой прозрачной, поскольку в результате взаимодействия аксионов с частицами света образовывались бы пары гамма-фотонов, перекрывающих гамма-лучи от звездных скоплений.

Коллаборация «Ферми» пыталась обнаружить отпечатки такого «гамма-эха» темной материи, наблюдая за галактиками в скоплении Персея. Ученые убедились, что в исследуемой области нет никаких намеков о существовании чего бы то ни было, так влияющего на поведение фотонов. На основании этого были сделаны выводы о том, что на самом деле аксионов не существует или их масса значительно больше, чем предполагалось. Также рассматривается сценарий, что темная материя состоит не только из аксионов. На данный момент у научного сообщества нет инструмента, чтобы подтвердить или опровергнуть данную мысль.