Физики долго пытались раскрыть темную материю и реально взглянуть на таинственную субстанцию, составляющую четверть вселенной. Одна идея о том, что скрывается под покровом невидимости? Много крошечных, нечетких частиц, которые ведут себя как одна гигантская частица.
Но самая последняя охота на такие нечеткие, сверхлегкие частицы, опубликованная 28 февраля в Журнале космологии и физики астрочастиц, началась с пустыми руками.
Результаты показывают, что если темная материя действительно состоит из этих крошечных частиц, она так же неуловима, как предполагает ее название, и едва взаимодействует с обычной материей.
Сердце тьмы
Темная материя - один из самых сокровенных секретов вселенной. Материал не взаимодействует со светом, но оказывает гравитационное воздействие на другое вещество. Хотя она составляет около четверти массы и энергии во вселенной, ученые, похоже, не могут ее найти или даже выяснить, из чего она состоит.
Многие ученые предполагают, что темная материя может состоять из слабо взаимодействующих массивных частиц, WIMP. Но теории WIMP терпят неудачу по нескольким причинам. Например, эти частицы должны вызывать небольшие структуры в паутине галактик, которые астрономы еще не видели. Поэтому вместо этого некоторые ученые смотрят в другом направлении на темную материю - на сверхлегкие частицы.
Хотя существует много идей о том, что может быть темной материей, ни у одной из них нет много подтверждающих доказательств, сказал Сергей Троицкий, соавтор статьи и исследователь Института ядерных исследований Российской академии наук. «Поэтому нужно рассмотреть, изучить и исключить все возможности по одному».
В некоторых теориях сверхлегкого света, также известного как нечеткая темная материя, предлагается частица, которая примерно в 10 ^ 28 раз легче электрона. Эта «нечеткая» темная материя названа так потому, что ее малая масса означает, что она действует как размытая частица с размытым границы, чем волна. Новое исследование проверило способ поиска этих типов частиц в свете активных галактик.
Поскольку темная материя составляет такую большую часть вселенной, если она состоит из сверхлегких частиц, их должно быть много. Фактически, их так много, что они будут существовать в уникальном состоянии, таком как поле или конденсат Бозе-Эйнштейна, - состоянии, в котором частицы, часто при ультрахолодных температурах, слипаются и действуют как единое целое. В то время как отдельные частицы темной материи не взаимодействуют со светом - именно поэтому ученые изо всех сил пытались найти их - в больших масштабах, поле оказало бы заметное влияние на поляризацию или ориентацию света, когда оно извивалось в пространстве. Это будет происходить, когда плотность поля регулярно колеблется, фактически изменяя способ, которым свет проходит через область.
Теория предполагала, что этот эффект можно было наблюдать в области темной материи шириной не менее 325 световых лет. Скорость колебаний поля напрямую зависит от массы частиц сверхлегкой темной материи, поэтому, увидев этот эффект, ученые надеялись, что смогут измерить массу темной материи.
Чтобы найти изменения в поляризации света из-за полей сверхлегкой темной материи, ученые изучили архивные данные с очень длинной базовой линии, радиотелескопа, состоящего из 10 (82 футов) (25-метровых) телескопов, работающих с Socorro, New Мексика. Они сфокусировались на свете из сердец 30 галактик, которые извергают огромное количество вещества в струях, которые могут простираться на сотни световых лет. Свет от этих галактик сильно поляризован и хорошо изучен, поэтому долгосрочные архивные данные о них уже были доступны.
«Мы часто используем астрофизические данные из опубликованных работ или общедоступных баз данных, чтобы ограничить свойства элементарных частиц», - сказал Троицкий в интервью Live Science. «Но на этот раз мы связались с нашими коллегами по радиоастрономам, и они копали свои собственные данные, тщательно выбирая серии наблюдений только для нашей задачи».
Анализируя данные за два десятилетия, ученые обнаружили много колебаний, но не те типы, которые они искали. Активные ядра галактик часто пульсируют без регулярной частоты. Но колебания от сверхлегкой темной материи будут происходить с одинаковой продолжительностью времени между колебаниями.
В конечном счете, ученые не увидели никаких признаков сверхлегкой темной материи, по крайней мере, в типах масс, которые могли бы объяснить отсутствие небольших структур, обнаруженных в паутине галактик. Однако это не означает, что они абсолютно не существуют.
«Нет гарантии, что частица темной материи любой взаимодействие с видимым миром, кроме гравитации, - сказал Троицкий. - Было бы очень трудно обнаружить такую частицу с некоторой массой и без какого-либо другого взаимодействия, хотя это действительно один из самых простых способов объяснить темную материю ».
Хотя новое исследование может сделать маловероятной сверхлегкую темную материю маловероятной, исследователи не готовы ее исключить.
«Единственное, что мы точно знаем о темной материи, это то, что она лежит за пределами известной физики элементарных частиц», - сказал Реннан Баркана, астроном из Тель-Авивского университета в Израиле, который не участвовал в исследовании. «Итак, пока у нас нет убедительных наблюдательных данных о природе темной материи, мы должны быть осторожны с догадками и предположениями… и сохранять непредвзятость».
