Физики впервые установили пределы распада темной материи на гравитоны, просканировав космические нити

Группа физиков под руководством Дэвида Дански из Нью-Йоркского университета предложила инновационный метод поиска темной материи, изучая ее возможный распад на гравитоны в гигантских космических нитях. Исследователи использовали данные телескопа Fermi-LAT, чтобы проанализировать фоновое гамма-излучение, и не обнаружив аномалий, установили самые строгие на сегодняшний день ограничения на скорость этого процесса. Результаты работы были опубликованы в научном журнале Physical Review D.

Темная материя это невидимая субстанция, которая составляет подавляющую часть массы Вселенной, но которую ученые до сих пор не могут увидеть напрямую. Ее присутствие выдают только гравитационные эффекты: именно благодаря ее влиянию галактики вращаются с такой скоростью и не разлетаются в разные стороны. Несмотря на свою распространенность, природа темной материи остается одной из главных загадок современной физики. Однако некоторые теоретические модели предполагают, что эта материя не абсолютно стабильна и может чрезвычайно медленно распадаться, высвобождая свою энергию на протяжении миллиардов лет.

В новом исследовании ученые рассмотрели весьма экзотический сценарий такого распада. Они предположили, что частицы темной материи могут превращаться в гравитоны, гипотетические кванты гравитации, которые, подобно фотонам для света, переносят силу притяжения. Сами по себе гравитоны невероятно сложно зарегистрировать (в рамках теоретической модели, которая допускает существование гравитонов), поскольку гравитационное взаимодействие на уровне отдельных частиц крайне слабое.

Однако существует квантовый эффект Герценштейна, согласно которому в присутствии мощного магнитного поля гравитон может превратиться в обычный фотон, то есть частицу света. Это открывает принципиальную возможность «увидеть» следы гравитационных волн, замаскированных под гамма-излучение.

Для реализации своей идеи команда Дански обратила внимание на космические нити — это огромные волокнистые структуры из разреженного газа, которые пронизывают Вселенную и соединяют скопления галактик. Эти нити занимают значительный объем космического пространства и, что самое важное, пронизаны слабыми, но протяженными магнитными полями, которые действуют как гигантские преобразователи. Если распад темной материи происходит внутри таких нитей, образовавшиеся гравитоны, пролетая сквозь эти магнитные поля, должны преобразовываться в фотоны, создавая едва заметное и равномерное гамма-свечение по всему небу.

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи сопоставили свои теоретические расчеты с данными, собранными космическим гамма-телескопом Fermi-LAT, который ведет наблюдение за высокоэнергетическим излучением из далекого космоса. Ученые ожидали найти избыток гамма-лучей, который можно было бы приписать распаду темной материи в межгалактических нитях. Однако, проанализировав фоновое излучение, они не нашли никаких необъяснимых отклонений.

Отсутствие ожидаемого сигнала оказалось ценным результатом, позволившим впервые определить максимально допустимую скорость распада темной материи на гравитоны для широкого диапазона возможных масс частиц.

Важно отметить принципиальное отличие этого подхода от большинства существующих экспериментов. Традиционно охотники за темной материей направляют свои детекторы в центр Млечного Пути, где плотность невидимого вещества должна быть максимальной. Новая стратегия, напротив, сосредоточена на удаленных пустотных областях Вселенной. Это дает ученым возможность исследовать те свойства темной материи, которые недоступны при изучении нашей переполненной галактики, где сложно отделить космические сигналы от локального шума.

Подводя итог, можно сказать, что работа американских физиков не только предлагает оригинальный способ поиска неуловимой субстанции, но и устанавливает новые экспериментальные рамки. Хотя прямых доказательств распада пока не найдено, исследование демонстрирует, что космические нити с их магнитными полями являются естественной лабораторией для проверки самых смелых теорий.

В будущем, с запуском более чувствительных телескопов, чувствительность этого метода может возрасти в десятки раз. Если темная материя действительно распадается на гравитоны, то сканирование именно этих гигантских структур может стать тем ключевым инструментом, который наконец позволит зарегистрировать слабое излучение, оставляемое ею во Вселенной.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях