Темная материя может состоять из сверхлегких темных фотонов

Темная материя может состоять из сверхлегких темных фотонов, которые нагрели нашу Вселенную: это новый сценарий, предложенный учеными SISSA в исследовании, недавно опубликованном в Physical Review Letters.

Гипотеза, по словам авторов, прекрасно согласуется с наблюдениями, сделанными спектрографом космического происхождения (COS) на борту космического телескопа Хаббл, который измеряет «космическую паутину», сложную и разреженную сеть нитей, заполняющую космическое пространство между галактиками.

Данные, собранные COS, предполагают, что космические межгалактические нити горячее, чем предсказания гидродинамического моделирования стандартной модели формирования структур.

«Поскольку темные фотоны могли бы преобразовываться в фотоны низкой частоты и нагревать космические структуры, — объясняют ученые, — они вполне могли бы объяснить полученную информацию».

«Темные фотоны — это гипотетические новые частицы, которые являются носителями силы для новой силы в темном секторе, во многом подобно тому, как фотон является носителем силы для электромагнетизма» — говорят исследователи.

Однако, в отличие от фотонов, они могут иметь массу. В частности, сверхлегкий темный фотон — с массой на двадцать порядков меньше массы электрона — является хорошим кандидатом на роль темной материи.

Ожидается также, что темные фотоны и обычные фотоны будут смешиваться, подобно различным типам нейтрино, позволяя сверхлегким темным фотонам преобразовываться в низкочастотные фотоны.

Эти фотоны будут нагревать космическую паутину, но, в отличие от других механизмов нагрева, основанных на астрофизических процессах, таких как звездообразование и галактические ветры, этот процесс нагрева более рассеян и эффективен даже в регионах с низкой плотностью.

«Обычно космические нити использовались для исследования мелкомасштабных свойств темной материи, в то время как в этом случае мы впервые использовали данные межгалактической среды с низким красным смещением в качестве калориметра, чтобы проверить, все ли процессы нагрева, которые мы наблюдаем, достаточны, чтобы воспроизвести данные. Мы обнаружили, что это не так: чего-то не хватает, что мы моделируем как вклад темного фотона» — объясняют ученые.

В работе была определена масса и смешивание темного фотона с фотоном Стандартной модели, необходимые для устранения несоответствия между наблюдениями и моделированием.

Работа может привести к дальнейшим теоретическим и наблюдательным исследованиям, чтобы изучить захватывающую возможность того, что темный фотон может составлять темную материю.

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.