Темна матерія може складатися з темних фотонів?

Вчені знайшли натяки на те, що темна матерія може складатися з надлегких темних фотонів, які нагріли наш Всесвіт.

Такий новий сценарій запропонований у дослідженні, проведеному в Міжнародній школі передових досліджень (SISSA) у співпраці з науковими установами у кількох країнах. Роботу нещодавно опубліковано в журналі Physical Review Letters.

Ця гіпотеза, за словами авторів, чудово узгоджується зі спостереженнями, зробленими Спектрографом космічного початку (COS) на борту космічного телескопа Габбла, який проводить вимірювання "космічного павутиння" - складної та неміцної мережі філаментів, які заповнюють простір між галактиками.

Зібрані COS дані свідчать про те, що космічні міжгалактичні філаменти гарячіші, ніж передбачають гідродинамічні симуляції стандартної моделі формування структур.

"Оскільки темні фотони могли б перетворюватися на низькочастотні фотони й нагрівати космічні структури", - пояснюють учені, - "вони цілком могли б пояснити експериментальну інформацію".

Темні фотони - хороший кандидат на темну матерію

"Темні фотони - це гіпотетичні нові частинки, які є носіями сили для нової сили в темному секторі, подібно до того, як фотон є носієм сили для електромагнетизму", - пояснюють автори.

"Однак, на відміну від фотона, вони можуть мати масу. Зокрема, ультралегкий темний фотон, маса якого на двадцять порядків менша за масу електрона, є хорошим кандидатом у темну матерію".

Також очікується, що темні фотони та звичайні фотони будуть змішуватися як різні типи нейтрино, дозволяючи надлегким темним фотонам темної матерії перетворюватися на низькочастотні фотони. Ці фотони нагріватимуть космічне павутиння, але, на відміну від інших механізмів нагріву, заснованих на астрофізичних процесах, таких як зореутворення та галактичні вітри, цей процес нагріву буде більш дифузійним та ефективним також у регіонах з низькою щільністю.

Відсутній елемент

Співавтор Маттео Вієльтіз SISSA пояснює: "Зазвичай космічні філаменти використовували для дослідження дрібномасштабних властивостей темної матерії, а в даному випадку ми вперше використали дані про міжгалактичне середовище з малим червоним зсувом як калориметр, щоб перевірити, чи достатньо всіх відомих нам процесів нагріву для відтворення даних. Ми виявили, що це не так: чогось не вистачає, що ми моделюємо як внесок, вироблений темним фотоном".

У роботі визначено масу і змішання темного фотона з фотоном Стандартної моделі, необхідні для усунення розбіжності між спостереженнями та моделюванням; ці зусилля можуть стимулювати подальші теоретичні та спостережні дослідження, щоб вивчити захопливу можливість того, що темний фотон може являти собою темну матерію.