Японские исследователи из Токийского столичного университета сделали значительный шаг в изучении темной материи. В ходе эксперимента, длившегося всего несколько часов, они смогли определить новые предельные границы времени жизни частиц этого таинственного вещества: время жизни темной материи может превышать возраст Вселенной в миллионы раз.

Новая работа опубликована в Physical Review Letters (PRL).

Что такое темная материя и почему ее так трудно обнаружить?

Темная материя — гипотетическая форма материи, которая не испускает и не поглощает свет, делая ее невидимой для современных телескопов. Однако ученые уверены в ее существовании благодаря гравитационным аномалиям, например, необычной скорости вращения галактик.

Хотя физики десятилетиями ищут темную материю, ее точная природа до сих пор остается одной из главных загадок Вселенной.

Новый метод поиска аксионоподобных частиц

В рамках исследования ученые сосредоточились на аксионоподобных частицах (ALP) — одном из возможных кандидатов на роль темной материи. Эти частицы, предположительно, могут распадаться с испусканием инфракрасного света.

Однако инфракрасный спектр сложен для изучения из-за множества помех, таких как:

  • Зодиакальный свет (свечение частиц пыли в Солнечной системе).
  • Атмосферное излучение.
  • Прочие шумовые эффекты.

Чтобы исключить эти помехи, ученые использовали спектрограф WINERED на телескопе Магеллана Клея, который позволяет анализировать узкие диапазоны инфракрасного излучения с высокой точностью.

Главный результат: темная материя живет дольше, чем Вселенная

После обработки данных никаких признаков распада ALP не обнаружено. Однако это само по себе стало важным открытием:

  • Нижняя граница времени жизни частиц темной материи теперь составляет от 10²⁵ до 10²⁶ секунд.
  • Это в десятки миллионов раз больше возраста Вселенной, который составляет примерно 4,3 × 10¹⁷ секунд (около 13,8 млрд лет).
  • Эти ограничения стали самыми строгими на сегодняшний день.

Что дальше?

Хотя темную материю пока не удалось зафиксировать напрямую, ученые отмечают аномалии в данных, которые могут указывать на ее присутствие. Для подтверждения потребуется проведение новых наблюдений и анализов.

Это исследование доказывает, что современные технологии инфракрасной спектроскопии способны приблизить человечество к разгадке одной из величайших тайн физики.