Согласно новому исследованию, темная материя, которая, как предполагается, составляет около четверти Вселенной, но, кажется, вообще не взаимодействует со светом, может иметь крошечный электрический заряд.
До сих пор темная материя делала свое присутствие известным только благодаря гравитации, дергая звезды и галактики. Но теперь астрофизики Джулиан Муньос и Абрахам Леб из Гарвардского университета предполагают, что небольшая часть частиц темной материи может иметь крошечный электрический заряд - то есть темная материя может взаимодействовать с нормальной материей посредством электромагнитной силы.
Если это правда, эта идея не только представит большой шаг в понимании темной материи, но также объяснит недавнюю загадку, которая смутила космологов.
Любопытное охлаждение
В феврале астрономы объявили о первом обнаружении неуловимого сигнала от водородного газа от космического рассвета, периода примерно через 180 миллионов лет после Большого взрыва, когда первые звезды начали сиять. В это время газообразный водород, плавающий между звездами, был холоднее холодного космического микроволнового фона, оставшегося от Большого взрыва, омывающего Вселенную.
Поскольку водород холоднее этого послесвечения, газ поглощает излучение, в частности излучение с длиной волны 21 сантиметра (8,3 дюйма). Измеряя поглощение излучения водородом, астрономы могут лучше понять космический рассвет, относительно неизвестную эпоху космической истории. Используя радиоантенну в Западной Австралии, названную «Эксперимент по обнаружению глобальной эпохи подписи реионизации» (EDGES), группа астрономов впервые смогла обнаружить это поглощение.
«Это само по себе удивительное научное открытие», - сказал Муньос в прямом эфире. Но более того, добавил он, астрономы обнаружили, что водород поглощает вдвое больше фотонов, чем ожидалось. Чтобы газ поглощал так много радиации, он должен быть еще холоднее, чем думали ученые.
Муньос и Леб предположили, что темная материя может быть причиной странного охлаждения. В статье, опубликованной 30 мая в журнале Nature, они обнаружили, что если менее чем у 1 процента темной материи содержится примерно одна миллионная часть электрического заряда электрона, то эта неуловимая материя может отводить тепло от водорода - подобно тому, как кубики льда охлаждают ваш лимонад. «Лед здесь темная материя», - сказал Муньос.
Их идея не совсем новая. Несколько десятилетий назад физики предположили, что частицы темной материи могут иметь электрический заряд.
И это не единственное объяснение этому охлаждению. В статье от 1 марта в журнале Nature Реннан Баркана, космолог из Тель-Авивского университета в Израиле, предположил, что более общая форма темной материи, которая не обязательно имеет заряд, может охлаждать нормальную материю и объяснять данные EDGES. ,
Оба предложения по темной материи дают схожие прогнозы, сказал Баркана, который не участвовал в текущем исследовании.
«Это время для осторожного оптимизма и непредвзятости в отношении как радионаблюдения, так и интерпретации», - сказал Баркана в интервью Live Science.
Десятки идей
Темная материя - лишь одна из десятков идей, предложенных для объяснения аномалии. Например, вместо того, чтобы газ был холоднее, фоновое излучение могло бы быть более горячим, чем ожидалось, с некоторым экзотическим процессом, производящим больше излучения, которое еще предстоит учесть. Или просто могут быть ошибки в анализе или измерении.
Действительно, наблюдение EDGES является первым в своем роде, и хотя команда провела два года, проверяя и перепроверяя анализ, исследователям потребуется больше данных для подтверждения удивительных результатов.
«Если EDGES верен, я не думаю, что есть какое-то общепринятое объяснение, которое является убедительным», - сказал Стивен Фурланетто, астрофизик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который не принимал участия в исследовании. «Вам действительно нужно перейти к одному из этих нестандартных сценариев физики, и в этом случае, я думаю, он широко открыт».
Муньос, однако, неравнодушен к объяснению темной материи. «Если EDGES действительно прав, кажется, очень трудно, чтобы это не было результатом темной материи», - сказал он.
Несколько инструментов по всему миру уже готовятся к более подробным наблюдениям. В отличие от EDGES, некоторые эксперименты, такие как радиотелескоп в Южной Африке, названный «Водородная эпоха реионизационной решетки», смогут измерить, как изменяется поглощение по небу. Если небольшая доля темной материи электрически заряжена, как говорят Муньос и Лоеб, то в этом варианте она создаст отчетливый образец - обеспечивая ключевой тест для электрически заряженной темной материи.
