Учёные установили самые строгие ограничения на время жизни тёмной материи

Искать тёмную материю — это как искать чёрную кошку в тёмной комнате, особенно если её там нет. Но тёмная материя, похоже, всё же существует во Вселенной, какой бы она там ни была. И теперь учёные установили самые строгие ограничения на время её существования. Ведь в науке, даже не обнаружив чего-то, можно сделать далеко идущие выводы. Например, какова частота распада тёмной материи или сколько она может прожить во Вселенной.

У тёмной материи свой спектр, что даёт шанс её обнаружить. Источник изображения: Tokyo Metropolitan University

Открытие сделала команда учёных из Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University). Они впервые скомбинировали модели тёмной материи и наблюдения с помощью самых современных спектрометров. Учёные сосредоточились на поиске лёгкой версии тёмной материи — так называемых ALP-частиц или аксионоподобных частиц. Это одни из многообещающих кандидатов на роль тёмной материи, модели которых хорошо проработаны.

Одним из ожидаемых свойств ALP-частиц считается спонтанный распад с испусканием света (фотонов). Учёные исходили из того, что спектр света от распада ALP-частиц будет несколько отличаться от обычного спектра, например, от рассеянного зодиакального света или от свечения нагретой Солнцем атмосферы Земли. Это ближний инфракрасный диапазон, в котором ALP-частицы после распада должны испускать характерные спектры. Проблема в том, что ближний инфракрасный свет перегружен помехами.

Учёные из Японии разработали методику наблюдения, которая в сочетании с новейшими спектрографами ближнего инфракрасного диапазона могла бы помочь находить узкие спектры, сопровождающие распад ALP-частиц. Исследователи воспользовались спектрографом WINERED на 6,5-м телескопе Magellan в Чили. В будущем они надеются получить доступ к спектрографам космического телескопа Джеймс Уэбб. Они собирали свет от двух карликовых галактик-спутников Млечного Пути: Leo V и Tucana II. Анализ не выявил признаков распада частиц тёмной материи (ALP-частиц), зато позволил установить ограничения на нижний порог продолжительности её жизни или на верхнюю частоту распада.

Новая и самая строгая на сегодня нижняя граница жизни ALP-частиц в секундах — это 10 с 25–26 нулями, или от 10 до 100 миллионов раз больше возраста Вселенной. И хотя каждая отдельная частица тёмной материи может жить, как кажется, вечно по сравнению с Вселенной, по законам квантовой физики они всё же распадаются, а это шанс обнаружить их присутствие и закрыть вопрос столетия в астрофизике.