Учёные скрестили 32 космических сигнала — и услышали отклик тёмной материи

Тёмная материя остаётся одной из самых сложных загадок современной физики. Астрономы уверены в её существовании, ведь масса невидимой субстанции многократно превосходит массу обычных звёзд и газа, а именно она формирует гравитационный «каркас» галактик. Но при этом никто до сих пор не смог определить, из чего именно состоит эта скрытая доля Вселенной.

Одним из наиболее обсуждаемых кандидатов на роль частиц тёмной материи давно считаются аксионы — настолько лёгкие и слабо взаимодействующие с привычными формами вещества, что их не удавалось зафиксировать даже в самых чувствительных лабораториях. Команда исследователей из Копенгагенского университета предложила необычный путь поиска: вместо наземных установок они использовали крупнейшие космические структуры — скопления галактик.

Скопления представляют собой гравитационно связанные системы, вмещающие сотни галактик, обладающие массой, в квадриллион раз превышающей массу Солнца, и пронизанные протяжёнными магнитными полями. Именно эти поля учёные использовали как «детектор». Теоретически фотоны, проходящие через такие регионы, могут преобразовываться в аксионы и затем снова превращаться в свет. Следы этих переходов можно заметить в излучении ярких источников, находящихся за скоплениями.

Для проверки гипотезы исследователи выбрали 32 объекта, среди которых были активные галактики с чёрными дырами в центрах, испускающие мощные потоки высокоэнергетического света. Отдельные наблюдения выглядели как бессмысленный шум. Однако после объединения данных от всех источников возник характерный ступенчатый узор — именно такой предсказывают модели в случае превращения фотонов в аксионы и обратно.

Результат не означает, что аксионы найдены, но он серьёзно сокращает пространство их возможных свойств. Учёным удалось исключить целые диапазоны параметров, а значит, зона поиска сужается. Кроме того, сам метод можно повторять для других участков спектра — не только для гамма-излучения, но и для рентгеновских лучей или видимого света. Если будущие наблюдения подтвердят сигнал, это станет фундаментальным шагом: аксионы смогут объяснить «невидимую массу», удерживающую галактики, и решить почти вековую задачу о природе тёмной материи.