Учени кръстосаха 32 космически сигнала и чуха отговор от тъмната материя

След сто години търсене, дали аксионите най-накрая са се отзовали?

Тъмната материя остава една от най-сложните загадки на съвременната физика. Астрономите са уверени в нейното съществуване, тъй като масата на невидимото вещество многократно надвишава масата на обикновените звезди и газ и то образува гравитационната „рамка“ на галактиките. Все още обаче никой не е успял да определи от какво точно се състои тази скрита част от Вселената.

За едни от най-обсъжданите кандидати за ролята на частици тъмна материя отдавна се смятат аксионите – толкова леки и слабо взаимодействащи с обичайните форми на материята, че не могат да бъдат фиксирани дори в най-чувствителните лаборатории. Екип от изследователи от Университета в Копенхаген предложи необичаен начин на търсене: вместо наземни инсталации те използваха най-големите космически структури – галактическите купове.

Куповете са гравитационно свързани системи, съдържащи стотици галактики, с маса, квадрилион пъти по-голяма от тази на Слънцето, и пронизани от обширни магнитни полета. Именно тези полета учените използват като „детектор“. Теоретично фотоните, преминаващи през такива области, могат да се превърнат в аксиони и след това да се трансформират обратно в светлина. Следите от тези преходи могат да се видят в излъчването на ярките източници зад куповете.

За да проверят хипотезата, изследователите избрали 32 обекта, сред които имало активни галактики с черни дупки в центровете им, излъчващи мощни потоци високоенергийна светлина. Отделните наблюдения са изглеждали като безсмислен шум. Когато обаче данните от всички източници били комбинирани, се появил характерен стъпаловиден модел – точно това, което математическите и компютърните модели предвиждат, когато фотоните се превръщат в аксиони и обратно.

Резултатът не означава, че аксионите са открити, но сериозно намалява полето на възможните им свойства. Учените са успели да изключат цели диапазони от параметри, което означава, че областта на търсене се стеснява. Освен това самият метод може да се повтори за други части на спектъра – не само за гама лъчите, но и за рентгеновите лъчи или видимата светлина. Ако бъдещите наблюдения потвърдят сигнала, това ще бъде фундаментална стъпка: аксионите биха могли да обяснят „невидимата маса“, която държи галактиките заедно, и да решат почти вековния проблем за природата на тъмната материя.