Мы привыкли думать, что темная материя невидима и взаимодействует с обычным веществом исключительно через гравитацию. Но недавнее исследование предполагает нечто удивительное: эта загадочная субстанция может тонко изменять цвет проходящего через нее света. Возможно, мы буквально видим космос в искаженных тонах.
Содержимое
Что мы знаем о темной материи
На темную материю приходится около 85% всей массы-энергии Вселенной, но мы не можем ее увидеть или потрогать. Мы знаем о ее существовании только по гравитационному воздействию на видимые объекты — звезды на периферии галактик движутся с такой большой скоростью, что должны были бы разлететься, если бы их удерживала только видимая материя.
При этом темная материя не может состоять из нейтрино — эти частицы движутся слишком быстро и не способны формировать структуры. Ни одна известная частица Стандартной модели физики не подходит под ее свойства.
Одна из ведущих гипотез предполагает, что темная материя может состоять из слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые способны распадаться или сталкиваться, производя частицы высоких энергий. Но пока точных доказательств этому нет.
Новая идея: темная материя красит свет
В рамках недавнего исследования ученые рассчитали, как фотоны (частицы света) могут вести себя, проходя через области с высокой концентрацией темной материи. Они рассмотрели два сценария:
Чисто гравитационное взаимодействие
Если темная материя влияет на свет только через гравитацию, фотоны будут слегка «синевато смещены» — получат крошечное количество дополнительной энергии при рассеянии вперед. Это означает, что свет станет чуть более синим.
Взаимодействие с распадом
Если частицы темной материи сталкиваются или распадаются, производя вторичные частицы, фотоны будут терять энергию. В этом случае свет сместится в красную область спектра — станет чуть краснее.
Эффект крошечный, но измеримый
Изменение цвета крошечное — это совсем не та «усталость света», которую предполагали старые, давно опровергнутые модели. Но современные инструменты способны засечь этот эффект.
Особенно перспективны наблюдения гамма-излучения из центра нашей Галактики — там концентрация темной материи должна быть максимальной. Данные космического гамма-телескопа NASA «Ферми» пока согласуются с обоими сценариями, но более точные измерения могут расставить все точки над «i».
Мы видим Вселенную через фильтр?
Если темная материя действительно влияет на цвет света, это означает, что наше восприятие космоса искажено. Мы смотрим на Вселенную сквозь невидимую дымку, которая либо делает все немного более синим, либо слегка окрашивает в красные тона.
Представьте: каждый фотон, пришедший от далекой галактики, прошел через океаны темной материи. Его исходный цвет изменился — совсем чуть-чуть, но изменился. Мы видим не «настоящую» Вселенную, а ее версию, отфильтрованную через темную материю.
Если удастся точно измерить эффект «окрашивания», мы наконец узнаем, как именно темная материя взаимодействует со светом. Это поможет:
- Подтвердить или опровергнуть гипотезу WIMP;
- Понять природу темной материи;
- Уточнить космологические модели;
- Возможно, пересмотреть наши представления о расширении Вселенной.
Более точные наблюдения следующего поколения телескопов — таких как будущий массив черенковских телескопов (англ. The Cherenkov Telescope Array, сокр. CTA) — смогут дать окончательный ответ.
Читайте также: А что если темной материи и энергии не существует?
