Всесвіт заповнений невидимою речовиною: фізики знайшли спосіб побачити темну матерію

Оскільки пошуки темної матерії, найпоширенішої речовини у Всесвіті, тривають, фізики вирішили використати для її виявлення найпотужніший космічний телескоп Вебб. Учені вважають, що якщо темна матерія складається з гіпотетичних частинок, званих аксіонами, то є ймовірність, що ці частинки можуть розпадатися на інші частинки. Цей процес може вивільнити фотони або частинки світла, які зможе виявити телескоп Вебб. Фізики вважають, що виявлення темної матерії змінить наше розуміння Всесвіту. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Проблема з темною матерією

Темна матерія — це таємнича речовина, що становить близько 85% від загального вмісту матерії у Всесвіті. Це означає, що все, що ми бачимо навколо себе щодня, від наймасивніших зірок до найдрібніших бактерій, становить лише 15% матерії у Всесвіті.

Незважаючи на те, що темна матерія так сильно поширена, її так і не вдалося побачити безпосередньо, адже вона не взаємодіє зі світлом або звичайною матерією. Можливо, вона робить таке дуже рідко або це дуже слабка взаємодія. Тому темна матерія залишається фактично невидимою.

Досі єдиний спосіб, за допомогою якого вчені роблять висновок про наявність темної метрії, полягає в тому, що ця речовина взаємодіє з гравітацією, і це впливає на світло і видиму матерію.

Той факт, що темна матерія, мабуть, взаємодіє зі світлом дуже слабко, якщо взагалі взаємодіє, означає, що вона не може складатися з частинок, з яких складаються атоми: електронів, протонів і нейтронів. Ці частинки сильно взаємодіють зі світлом.

Тому фізики вважають, що темна матерія, ймовірно, складається з гіпотетичних частинок, званих аксіонами. Автори дослідження припускають, що аксіони є нестабільними частинками, тобто вони можуть спонтанно перетворюватися на інші частинки в процесі розпаду. Це дуже схоже на нейтрони, які розпадаються на протони приблизно за 15 хвилин, якщо вони не пов'язані всередині ядра атома. Аксіони під час розпаду можуть перетворюватися на фотони, тобто частинки світла.

Якщо маса аксіона становить близько 1 електронвольта, то ці фотони, що випускаються, перебувають в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль світла, і телескоп Вебб може їх бачити.

Чому космічний телескоп Вебб найкраще підходить для виявлення темної матерії?

Фізики кажуть, що телескоп Вебб може бачити надзвичайно тьмяні об'єкти і може дуже точно розрізняти різні частоти інфрачервоного світла. Це необхідно для виявлення електромагнітного випромінювання, виробленого розпадом частинки темної матерії.

Якщо розпад аксіона сконцентрований на певній частоті, то це створить вузьку спектральну лінію, яка дасть змогу відрізнити цей розпад від іншого світла. Форма спектральної лінії, створеної розпадом аксіона, дасть фізикам важливу інформацію про розподіл темної матерії в нашій галактиці.

Де шукати темну матерію?

Автори дослідження кажуть, що їхні розрахунки показують, що спочатку потрібно почати пошук темної матерії в гало Чумацького Шляху (область із високою концентрацією темної матерії, що оточує нашу галактику), а потім і в гало сусідніх карликових галактик.

Що якщо телескоп Вебб не виявить темну матерію?

Фізики кажуть, що навіть якщо не вдасться знайти докази розпаду аксіонів, то це не означає, що темна матерія не може складатися з цих частинок.

Річ у тім, що телескоп Вебб зможе шукати розпад частинок масою від 0,1 до 4 електронвольт. Нездатність виявити аксіон може означати, що частинки, які складають темну матерію, перебувають за межами цього діапазону мас.

За словами фізиків, виявлення темної матерії повністю змінить те, що ми знаємо про космос, і, можливо, розкриє таємниці, про які ми навіть не здогадувалися.

Як уже писав Фокус, дивні бульбашки повітря в рідині кидають виклик фізиці і можуть змінити технології. Фізики зробили незвичайне відкриття, яке змінює розуміння поведінки бульбашок повітря в рідині під час руху.