Темная материя — одна из самых интригующих загадок космологии. Она составляет примерно 85% всей массы Вселенной, но напрямую ее не удается зафиксировать. Она проявляет себя исключительно через гравитационное воздействие, определяя движение и распределение галактик.
Физики десятилетиями пытаются понять, из чего она состоит, и выдвигают разные гипотезы о ее свойствах. Одна из них предполагает, что частицы темной материи могут быть не абсолютно стабильными, а со временем распадаться — на огромных, космических масштабах времени.
Команда под руководством Дэвида Дански из Нью‑Йоркского университета предложила оригинальный способ проверить эту идею. В работе, опубликованной в Physical Review D, ученые сосредоточились на сценарии, при котором частицы темной материи распадаются на гравитоны — гипотетические переносчики гравитационного взаимодействия. Сами по себе гравитоны до сих пор не обнаружены: их сигнал от отдельной частицы ничтожно слаб. Однако существует известное физическое явление — эффект Герценштейна, согласно которому гравитон, проходя через магнитное поле, с небольшой вероятностью может превратиться в фотон, т.е. частицу света.
Именно этот механизм команда взяла за основу своей стратегии. Ученые обратили внимание на космические нити — обширную сеть нитевидных структур, соединяющих галактики. Эти образования пронизаны слабыми, но очень протяженными магнитными полями, которые тянутся на миллионы световых лет. Если в таких нитях происходит распад частиц темной материи на гравитоны, то часть из них могла бы превращаться в фотоны, порождая слабое, но постоянное гамма‑излучение.
Чтобы оценить реалистичность этой идеи, авторы сопоставили теоретические прогнозы с реальными данными — показателями фонового гамма‑излучения, собранными космическим телескопом Fermi‑LAT по всему небу. Существенных отклонений, которые могли бы указывать на подобный распад, не обнаружили. Тем не менее этот результат позволил установить первые ограничения на возможную скорость распада темной материи в широком диапазоне ее потенциальных масс.
Важный нюанс подхода состоит в том, что искомый сигнал, скорее всего, должен приходить не из центра галактик, куда традиционно направлены усилия по поиску темной материи, а из далеких межгалактических нитей. Концепция не требует введения новых экзотических явлений — она опирается на уже известные физические законы. В будущем более чувствительные инструменты смогут уточнить эти ограничения примерно в десять раз. Если темная материя действительно способна распадаться на гравитоны, стратегия сканирования космических нитей может стать наиболее перспективным способом уловить ее едва заметное свечение.
Ранее Наука Mail рассказывала, что грозы на планетах-гигантах помогут искать частицы темной материи.