Темная материя может заставлять Вселенную светиться ярче

Межзвездное пространство темно, но не черно. Там, где нет никаких видимых источников света, можно найти микроволны древнейшего реликтового излучения. Пыль едва светится, создавая инфракрасный фон Вселенной. Регистрируется и космический фон в оптическом диапазоне. Предполагается, что его создают источники, недоступные для прямого наблюдения: например, звезды и галактики, расположенные совсем уж далеко.

Несколько лет назад дальний космический зонд New Horizons пересек орбиту Плутона и смог рассмотреть оптический фон в деталях, которые недоступны никаким другим инструментам. Бортовой телескоп LORRI обнаружил, что его излучение практически вдвое ярче, чем можно предсказать с помощью существующих теорий и моделей. Теперь астрофизики из Университета Джонса Хопкинса выдвинули гипотезу о том, что избыток излучения может быть связан с темной материей. Их статья опубликована в Physical Review Letters.

Темная материя не излучает, не поглощает и не рассеивает излучения, оставаясь невидимой ни в один телескоп. Ее можно проследить лишь по гравитационному влиянию, которую оказывают большие скопления на движения звезд и галактик. Такие наблюдения показывают, что темной материи во Вселенной в разы больше обычной и что именно она определяет ее эволюцию в больших масштабах.

Существует множество гипотез, предсказывающих свойства частиц темной материи, хотя ни одна из них пока не получила никакого твердого подтверждения. Среди кандидатов — аксионы, которые могут быть крайне легкими и многочисленными. Теоретически их масса должна быть на много порядков меньше, чем у крупных бозонов, а при распаде они должны излучать пару фотонов. Поиск аксионов или хотя бы создаваемого ими излучения продолжается давно, но до сих пор не дал никаких результатов.

Авторы новой статьи предполагают, что обнаружить их можно в межзвездном оптическом фоне. По расчетам ученых, избыточное излучение может возникать из-за распада аксионов в экстремально мощном магнитном поле, при массе частиц в пределах 8-20 электронвольт. Это намного больше, чем предсказывают некоторые теории, — сотые и тысячные доли электронвольт. Для сравнения, масса электрона составляет около 0,5 мегаэлектронвольта.

Подтвердить или опровергнуть эти расчеты могут новые наблюдения. На том же дальнем зонде New Horizons есть инструмент для работы в ультрафиолетовом диапазоне. А в будущем могут появиться аналогичные телескопы, которые охватят и самые высокоэнергетические волны, вплоть до рентгена и гамма-лучей. Все это позволит уточнить новую гипотезу и возможно, наконец, уловить частицы темной материи. Прошлые работы дают на это некоторую надежду.