Не такая уж тёмная материя? Загадочное вещество может оставлять красные и синие «отпечатки» на свете

Тёмная материя, составляющая более 80% всей массы Вселенной, остаётся одной из величайших загадок космоса: она не излучает, не поглощает и не отражает свет, что делает её невидимой. Однако новое исследование учёных из Йоркского университета (Великобритания), опубликованное в журнале Physics Letters B, предполагает, что свет, проходящий через области, богатые тёмной материей, может приобретать едва уловимый оттенок — красный или синий, в зависимости от её типа. Об этом сообщает Space.com.

Цветные «отпечатки» света

Эффект настолько тонкий, что современные телескопы не могут его зафиксировать, но будущие сверхчувствительные обсерватории, такие как Европейский экстремально большой телескоп или телескоп Нэнси Грейс Роман от NASA, возможно, справятся. «Это необычный вопрос для науки, ведь все согласны, что тёмная материя — тёмная, — отметил соавтор исследования Михаил Башканов из Йоркского университета. — Но мы показали, что даже самая тёмная материя может иметь цветной сигнатур».

Учёные сравнивают этот феномен с «правилом шести рукопожатий», где любые два человека на Земле связаны через цепочку не более чем из шести знакомых. Аналогично, тёмная материя, не взаимодействующая со светом напрямую, может делать это косвенно через «посредников», таких как бозон Хиггса — «частица Бога», отвечающая за массу других частиц. Это взаимодействие позволяет фотонам (частицам света) слегка рассеиваться на частицах тёмной материи, оставляя цветной или поляризационный «отпечаток».

Красный или синий: что расскажет о тёмной материи?

Расчёты Башканова и его команды — первые детальные оценки того, как сильно свет может рассеиваться на тёмной материи. Если она состоит из WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), взаимодействующих через слабую ядерную силу, свет в богатых WIMP зонах теряет высокоэнергичные синие фотоны, приобретая красноватый оттенок. Если же тёмная материя взаимодействует только через гравитацию, рассеяние даёт лёгкий синий сдвиг. Эти эффекты микроскопичны, но не нулевые, и могут проявляться в плотных областях, таких как центры галактик или их скопления.

Такой «отпечаток» может слегка искажать спектр света от далёких объектов. Например, сияние галактики может казаться чуть краснее или синее в зависимости от типа тёмной материи на пути света. Это могло бы помочь учёным различать модели тёмной материи — WIMP или гравитационные — по цветовым сдвигам.

Почему это важно?

«Миллиарды тратятся на эксперименты по поиску WIMP, аксионов или тёмных фотонов, — говорит Башканов. — Наши результаты указывают, где и как искать в небе, что может сэкономить время». Обнаружение этих сдвигов потребует сверхточных телескопов и анализа света, прошедшего миллиарды световых лет. Если гипотеза подтвердится, это откроет новое окно для изучения тёмной материи, приблизив нас к разгадке одной из главных тайн космологии.

Вкратце...

Тёмная материя, невидимая для света, может оставлять красные или синие «отпечатки» на фотонах, проходящих через её плотные скопления. Это зависит от её типа: WIMP дают красный сдвиг, гравитационные частицы — синий. Эффект слабый, но будущие телескопы, такие как Roman, могут его уловить. Это новый путь к пониманию 80% массы Вселенной.