Тёмная материя — неуловимая субстанция, обладающая массой, но полностью игнорирующая свет, — продолжает оставаться одной из центральных тайн космологии. Международная группа физиков разработала оригинальный метод её обнаружения, анализируя едва заметные искажения в спектре света от удалённых галактик. Исследование опубликовано в журнале Physics Letters B (PRB).

Почему обычные частицы не подходят

Нейтрино — известные «призрачные» частицы — частично соответствуют описанию тёмной материи, но их масса слишком мала, а скорость слишком велика, чтобы объяснить гравитационное поведение галактик и структуру Вселенной в целом. Главным кандидатом остаются WIMP (слабовзаимодействующие массивные частицы). Их предполагаемая масса делает создание в ускорителях невозможным, но редкие столкновения могли бы породить гамма-кванты высокой энергии.

Прямые поиски таких сигналов пока не увенчались успехом. Новый подход переворачивает задачу: вместо охоты за частицами учёные предлагают изучать косвенные следы их влияния на проходящий через космос свет.

Как тёмная материя окрашивает фотоны

Исследователи смоделировали взаимодействие фонового излучения с двумя типами тёмной материи:

  • Чисто гравитационная — не контактирует с обычной материей, влияет только через притяжение.
  • Слабо взаимодействующая — допускает редкие столкновения между своими частицами.

Результаты расчётов оказались неожиданными: характер рассеяния фотонов зависит от типа тёмной материи.

  • При гравитационном доминировании фотоны чаще отклоняются вперёд, слегка ускоряясь и приобретая синий оттенок.
  • При слабом взаимодействии рассеяние происходит назад — фотоны теряют энергию и получают красный оттенок.

Первые проверки на данных Fermi-LAT

Учёные сопоставили модели с наблюдениями гамма-телескопа Fermi-LAT за центром Млечного Пути. Пока данные совместимы с обоими сценариями, но не позволяют сделать однозначный выбор. Будущие миссии с повышенной точностью спектрального анализа смогут различить эти тонкие эффекты.

Перспектива косвенной астрономии

Если эффект подтвердится, человечество получит принципиально новый инструмент: тёмную материю можно будет «увидеть» не через детекторы столкновений, а через микроскопические цветовые сдвиги в свете, прошедшем миллиарды световых лет.

Вкратце

Учёные предлагают обнаруживать тёмную материю по оттенку света из далёких галактик: синий сдвиг укажет на гравитационное влияние, красный — на слабые взаимодействия. Первые тесты на данных Fermi-LAT не противоречат моделям, а будущие телескопы смогут дать окончательный ответ.