Тёмная материя может состоять не из частиц, а из целых глыб

Логично предположить, что любая материя, будь она обычной, тёмной или антиматерией, должна состоять из частиц. Обычную материю, из которой состоят звёзды, планеты и люди, мы изучили хорошо, поскольку поняли, из каких частиц она состоит и какими свойствами эти частицы обладают.

Но с тёмной материей всё оказалось гораздо сложнее. Дело в том, что в отличии от обычного вещества, она не участвует в электромагнитном взаимодействии, а потому её нельзя увидеть или зарегистрировать приборами напрямую. Тем не менее, учёные ищут обходные пути, чтобы доказать существование тёмной материи и понять её природу, равно как и природу её составляющих.

Физики используют в своей охоте ксеноновые детекторы, космические станции и рентгеновские телескопы. Последнее направление стало очень популярным в последнее время, так как теоретики установили, что рентгеновское излучение может быть побочным продуктом распада так называемых стерильных нейтрино, которые и могут составлять полотно тёмной материи.

Однако никто так и не раздобыл убедительных доказательств в пользу хоть одной из теорий, объясняющей природу частиц тёмной материи. Поэтому исследователи осмелились предположить, что загадочная космическая субстанция состоит вовсе не из мельчайших частиц сродни привычным атомам, а из целых глыб, размер которых может варьироваться от объёма яблока до крупного астероида. Об этом теоретики рассказали в статье, принятой к публикации в журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Этим гипотетическим глыбам авторы нового исследования дали название макросы. Учёные предположили, что если бы эти частицы были плотнее атомных ядер, то они не могли бы по массе быть менее 55 граммов, а если бы и были легче, то существующие детекторы частиц уже давно зарегистрировали бы их.

В то же время масса одного макроса не может быть более одного миллиарда триллионов килограммов, поскольку в таком случае его гравитационное поле было бы достаточно сильным, чтобы искривлять пространство-время и деформировать свет. А такого зрелища астрономы бы уж точно не пропустили.


Галактический кластер ZwCl0024+1652, где, предположительно, существует кольцо из тёмной материи (фото ESA/Hubble).

Теоретики продумали и возможный сценарий происхождения таких невидимых глыб. По их словам, в ранней Вселенной было очень жарко, и температура космоса достигала 3,5 триллионов градусов по Цельсию, что сопоставимо с температурой в центре массивной сверхновой. В этих условиях макросы могли сформироваться из частиц-кварков, которые сегодня являются составляющими протонов и нейтронов.

Науке известно всего шесть видов кварков — верхний, нижний, странный, очаровательный, прелестный и истинный. Протоны и нейтроны состоят из верхних и нижних кварков: при этом протоны состоят из двух верхних кварков и одного нижнего, а нейтроны состоят из двух нижних кварков и одного верхнего. Исследователи отмечают, что оба этих аромата кварков, так же как и странные кварки, могли быть объединены в единую структуру на ранних этапах существования Вселенной.

"Странные кварки обычно имеют очень короткий период существования. По этой причине учёные видели их ранее только лишь в огромных ускорителях. Нейтроны также крайне нестабильны сами по себе, но они обретают свою стабильность, когда связываются с протонами внутри атомов. Поэтому физики предположили, что странные кварки могли образовать связь с другими частицами и стабилизироваться, в результате чего возникла тёмная материя в виде многочисленных макросов", — рассказывает о своей гипотезе ведущий автор исследования Гленн Старкмен (Glenn Starkman), физик-теоретик из университета Кейс Вестерн Резерв.

Авторы новой гипотезы отмечают, что их сценарий прекрасно соотносится со Стандартной моделью физики элементарных частиц, которая описывает практически все события субатомного мира с невиданной точностью. Но возможное существование макросов может перечеркнуть надежды учёных обнаружить доказательства теории суперсимметрии и открыть Новую физику, что они упорно пытаются сделать, доказав, что тёмная материя состоит именно из вимпов, массивных слабовзаимодействующих частиц.

Старкмен и его коллеги понимают, что доказать их гипотезу будет так же непросто, как и все альтернативы. Единственный способ доказать возможное существование макросов — это искать искажения света звёзд и гамма-излучения, которое вызвано невидимыми массивными объектами. Причиной такого искривления могут быть именно глыбы-макросы.