Вселенная заполнена невидимым веществом: физики нашли способ увидеть темную материю

Ученые продолжают поиски темной материи, которая, согласно современным представлениям, составляет около 85% всей материи во Вселенной.

Это означает, что весь видимый мир — от самых массивных звезд до мельчайших бактерий — составляет лишь 15% от общей массы Вселенной. Несмотря на свою огромную распространенность, темная материя до сих пор остается одной из самых больших загадок науки, поскольку ее невозможно увидеть напрямую. Она не взаимодействует со светом или обычной материей, либо взаимодействует крайне слабо, что делает ее фактически невидимой.

Единственный способ, с помощью которого ученые могут судить о существовании темной материи, — это ее гравитационное влияние. Именно это воздействие наблюдается при анализе движения галактик, реликтового излучения и других явлений. Из-за слабого взаимодействия со светом темная материя не может состоять из привычных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны. Поэтому физики предполагают, что она может состоять из гипотетических частиц, называемых аксионами.

Исследователи полагают, что аксионы — это нестабильные частицы, которые могут самопроизвольно распадаться на другие частицы. Этот процесс напоминает распад нейтронов, которые вне атомного ядра превращаются в протоны примерно за 15 минут. При распаде аксионы могут выделять фотоны — частицы света. Если масса аксионов составляет около 1 электронвольта, то испускаемые фотоны будут находиться в инфракрасном диапазоне длин волн, и их сможет зафиксировать космический телескоп Джеймса Уэбба.

Телескоп Уэбба является самым мощным инструментом для изучения далеких объектов во Вселенной. Он может видеть чрезвычайно тусклые источники света и точно различать различные частоты инфракрасного излучения. Эти особенности делают его идеальным инструментом для поиска темной материи, поскольку если аксионы действительно распадаются и выделяют фотоны, то этот процесс оставит уникальный след в спектре излучения.

Физики считают, что если распад аксионов действительно происходит, он должен быть сосредоточен на определенной частоте, создавая узкую спектральную линию. Именно эта линия может помочь отличить излучение аксионов от других источников инфракрасного света во Вселенной. Кроме того, форма этой спектральной линии может дать ученым дополнительную информацию о распределении темной материи в нашей галактике и за ее пределами.

Авторы исследования предлагают начать поиски темной материи в гало Млечного Пути — области, окружающей нашу галактику, где ее концентрация особенно высока. После этого они планируют изучить гало соседних карликовых галактик, которые также могут содержать значительное количество темной материи.

Однако даже если телескоп Уэбба не сможет обнаружить распад аксионов, это не будет означать, что темная материя не состоит из этих частиц. Дело в том, что данный телескоп способен фиксировать распад частиц только в диапазоне масс от 0,1 до 4 электронвольт. Если аксионы имеют массу за пределами этого диапазона, то их просто не удастся обнаружить с помощью нынешних инструментов.

По мнению физиков, обнаружение темной материи полностью изменит наше понимание Вселенной. Это открытие может не только подтвердить существование аксионов, но и пролить свет на многие тайны космоса, о которых человечество пока даже не догадывается.

Источник: Space