Учёные выявили способ найти тёмную материю

Американские астрофизики из Калифорнийского университета в Беркли предложили способ обнаружения тёмной материи, который может пролить свет на природу этого загадочного вещества, существующего в нашей Вселенной. Исследование было опубликовано в Physical Review Letters (PRL).

Фото: freepik.com is licensed under public domain

Земля

Тёмная материя, составляющая около 85% всей материи во Вселенной, остаётся одной из самых больших загадок современной физики. Одним из главных кандидатов на роль тёмной материи считается аксион — гипотетическая частица с очень малой массой, которая пока не была обнаружена экспериментально.

В новом исследовании учёные из Беркли предположили, что аксионы могут быть найдены при наблюдении за взрывом сверхновой, особенно если такой взрыв произойдёт относительно близко к Земле. Согласно их теории, в первые 10 секунд после коллапса ядра массивной звезды образуется огромное количество аксионов. Взаимодействуя с магнитными полями или другими частицами, аксионы могут преобразовываться в гамма-лучи высокой энергии.

Сегодня обнаружением подобных гамма-лучей может заняться орбитальный телескоп "Ферми", который отслеживает гамма-излучение из космоса. По оценкам учёных, вероятность того, что телескоп зафиксирует такое событие, составляет примерно 10%, учитывая его текущее поле зрения.

Если гамма-лучи, связанные с аксионами, будут обнаружены при взрыве сверхновой, это позволило бы определить массу аксиона в широком диапазоне теоретически возможных значений. Это стало бы важнейшим прорывом в поиске тёмной материи.

С другой стороны, отсутствие обнаружения гамма-лучей при взрыве сверхновой позволило бы исключить значительный диапазон масс аксионов и пересмотреть текущие направления исследований, сделав многие из них неактуальными.

Однако главный вызов заключается в том, что для успешного обнаружения гамма-лучей сверхновая должна находиться достаточно близко к Земле — в пределах нашей галактики Млечный Путь или одной из её галактик-спутников. Близкие сверхновые вспыхивают редко — в среднем каждые несколько десятилетий. Последняя такая сверхновая была зафиксирована в 1987 году в Большом Магеллановом Облаке, галактике-спутнике Млечного Пути. Тогда гамма-телескоп Solar Maximum Mission наблюдал за этой сверхновой, но его чувствительности оказалось недостаточно для регистрации гамма-лучей, которые могли бы свидетельствовать о наличии аксионов.

Уточнения

Аксио́н (англ. axion от axial + -on) — гипотетическая нейтральная псевдоскалярная элементарная частица, квант поля, постулированного для сохранения CP-инвариантности в квантовой хромодинамике в 1977 году Роберто Печчеи (R. D. Peccei) и Хелен Квинн (H. R. Quinn) (см. Теория Печчеи — Квинн). 

Тёмная мате́рия — в астрономии и космологии, а также в теоретической физике гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению.