Физиците отдавна се стремят да отключат тъмната материя и да получат актуален поглед върху мистериозната субстанция, която съставлява една четвърт от Вселената. Една идея за това, което се крие под наметалото на невидимостта? Много мънички, размити частици, които се държат като една гигантска частица.
Но най-новият лов за такива размити, ултра леки частици, публикуван на 28 февруари в списанието за космология и физика на астрочастиците, се появи с празни ръце.
Резултатите предполагат, че ако тъмната материя наистина е направена от тези незначителни частици, тя е толкова неуловима, колкото подсказва името й, и едва взаимодейства с обикновената материя.
Сърце на тъмнината
Тъмната материя е една от най-добре пазените тайни на Вселената. Вещта не взаимодейства със светлината, но все пак упражнява гравитационно дърпане върху друга материя. Въпреки че представлява около една четвърт от масата и енергията във Вселената, учените не могат да я намерят или дори да разберат от какво е създадена.
Много учени предполагат, че тъмната материя може да се състои от слабо взаимодействащи масивни частици, WIMP. Но WIMP теориите са кратки по няколко начина. Например, тези частици трябва да причиняват малки структури в мрежата от галактики, които астрономите не са виждали. Затова вместо това някои учени търсят друга посока на тъмната материя - към ултралеките частици.
Въпреки че има много идеи каква може да е тъмната материя, никоя от тях няма много подкрепящи доказателства, заяви Сергей Троицки, съавтор на статията и изследовател в Института за ядрени изследвания на Руската академия на науките. „Значи човек трябва да разгледа, проучи и изключи всички възможности една по една.“
Някои теории за ултралека, известна още като размита тъмна материя, предлагат частица, която е около 10 ^ 28 пъти по-лека от електрон. Тази „размита“ тъмна материя е наречена така, защото ниската й маса означава, че действа по-скоро като размазана частица с размазване граници, отколкото вълна. Новото изследване изпробва начин да се търсят тези видове частици в светлината от активни галактики.
Тъй като тъмната материя представлява толкова голяма част от Вселената, ако е направена от ултра леки частици, трябва да има много от тях. Толкова много всъщност, че те биха съществували в уникално състояние, като поле или кондензат от Бозе-Айнщайн - състояние, при което частици, често при свръх хладни температури, се скупчават и действат сплотено като едно цяло. Докато отделните частици на тъмната материя не взаимодействат със светлината - поради което учените се надпреварват да ги намерят - в големи мащаби, полето би имало забележим ефект върху поляризацията или ориентацията на светлината, тъй като тя се разклаща през пространството. Това би се случило, тъй като плътността на полето редовно се колебае, което на практика променя начина, по който светлината пътува през региона.
Теорията предполага, че този ефект може да се наблюдава в регион на тъмна материя, поне 325 светлинни години. Скоростта на трептенията на полето зависи пряко от масата на свръх светлите частици на тъмната материя, така че, виждайки този ефект, учените се надяваха, че могат да измерят масата на тъмната материя.
За да търсят промени в поляризацията на светлината поради полета на свръх лека тъмна материя, учените разгледаха архивните данни от много дългия изходен масив, радио телескоп, съставен от 10 (82 фута) (25 метра) телескопи, оперирани от Сокоро, Ню Мексико. Те се съсредоточиха върху светлината от сърцата на 30 галактики, които изхвърлят огромни количества материя в струи, които могат да протегнат стотици светлинни години в целия. Светлината от тези галактики е силно поляризирана и е добре проучена, така че дългосрочни архивни данни за тях вече бяха налице.
"Често използваме астрофизични данни от публикувани документи или публично достъпни бази данни, за да ограничим свойствата на елементарните частици", заяви Троицки пред Live Science. "Но този път се свързахме с колегите си радиоастрономи и те изкопаха собствените си данни, като внимателно подбираха наблюдателни серии само за наша задача."
Анализирайки две десетилетия данни, учените откриха много трептения, но не и видовете, които търсеха. Активните галактични ядра често пулсират без редовна честота. Но трептенията от свръх лека тъмна материя биха възникнали с еднаква продължителност между колебанията.
В крайна сметка учените не са забелязали никакви признаци на свръх лека тъмна материя, поне при видовете маси, които биха могли да обяснят липсата на малки структури, открити в мрежата на галактиките. Това обаче не означава, че те абсолютно не съществуват.
„Няма гаранция, че има частица от тъмна материя който и да е взаимодействие с видимия свят, освен гравитацията ", каза Троицки." Ще бъде много трудно да се открие такава частица с някаква маса и никакво друго взаимодействие, въпреки че това наистина е един от най-простите варианти за обяснение на тъмната материя. "
Макар че новото изследване може да направи конвенционалната ултра лека тъмна материя малко вероятно, изследователите не са готови да я изключат.
"Единственото, което знаем със сигурност за тъмната материя, е че тя се намира извън известната физика на частиците", казва Ренан Баркана, астроном от университета в Тел Авив в Израел, който не е участвал в изследването. "И така, докато не разполагаме с убедителни наблюдателни доказателства за природата на тъмната материя, трябва да внимаваме за предположенията и спекулациите ... и да държим открито."
