Гравитационные линзы указали на возможную природу темной материи

Движения звезд и галактик определенно указывают на то, что мы не видим большую часть массы нашей Вселенной. Она содержит в разы больше загадочной субстанции, которая никак не проявляется в наблюдениях — не испускает, не поглощает, не рассеивает излучение — кроме гравитационного влияния на обычное вещество. Природа этой темной материи остается неизвестной, и до сих пор на этот счет существуют лишь гипотезы.

Некоторые из них предполагают, что темная материя состоит из медленных и массивных частиц, вимпов, другие — из аксионов, напротив, чрезвычайно легких. Все попытки обнаружить и те, и другие частицы до сих пор заканчивались неудачей. Однако новая работа, проведенная международной командой астрофизиков, поддерживает модель на основе аксионов. Статья об этом опубликована в журнале Nature Astronomy.

Альфред Эмрут (Alfred Amruth) из Гонконгского университета и его коллеги обратились к одному из известных наблюдательных феноменов — гравитационному линзированию. Напомним, что согласно Общей теории относительности присутствие массы (и энергии) деформирует структуру пространства-времени. И если на пути света, идущего к нам от далекого источника, находится крупный гравитирующий объект, он изменяет его прямолинейную траекторию. В результате он может выступать в роли космической линзы, искажающей изображение фонового предмета.

Астрономы нередко пользуются гравитационными линзами, чтобы рассмотреть особенно далекие галактики и квазары. Но они же позволяют исследовать и объект, из которого состоит сама линза — например, его массу и ее распределение. Проведя компьютерное моделирование, Эмрут и его соавторы показали, что темная материя из вимпов будет проявляться в аномалиях гравитационной линзы слегка иначе, чем состоящая из аксионов. Вимпы создают ровные границы, тогда как легкие, «волнобразные» аксионы — деформированные, хаотические.

Далее ученые рассмотрели одно из линзированных изображений далекого квазара, систему HS 0810+2554, полученное в прошлых наблюдениях космического телескопа Hubble и наземного VLBI. Обнаружилось, что его вид намного лучше соответствует флуктуирующей картинке, которая должна свидетельствовать о том, что темная материя, деформировавшая путь излучения, состоит из аксионов.

Напомним, что раньше на существование аксионов указала и другая работа, рассмотревшая странный избыток излучения в межзвездном пространстве. Однако и этих результатов пока недостаточно для того, чтобы сделать окончательные выводы и отбросить вимпы из числа кандидатов в частицы темной материи. До сих пор они считались главными «фаворитами» на эту роль. Однако авторы работы надеются, что новые, более точные наблюдения, которые проведет телескоп James Webb, позволят подтвердить их предположения.