У темной материи, предположительно, может быть электрический заряд

Астрономы обнаружили необычное поведение атомов водорода в модели ранней Вселенной. Это может служить подсказкой в понимании темной материи. 

Темная материя — или по крайней мере какая-то ее часть — может обладать очень слабой электрической силой примерно в миллионную долю заряда электрона. Об этом свидетельствуют данные EDGES (Experiment to Detect the Global Epoch of Reionisation Signature, или «Эксперимент по нахождению следов глобальной эпохи реионизации»).

И хотя эти данные спорны, возможность даже малейших взаимодействий с этой таинственной формой материи и более знакомыми вариациями может предоставить необходимые свидетельства, которые помогут объяснить отсутствие недостающей четверти Вселенной.

Астрономы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Массачусетсе уже вернулись к чертежной доске после публикации результатов проекта EDGES ранее в этом году.

«Природа темной материи — одна из величайших тайн науки, и нам необходимо использовать любые связанные с ней данные, чтобы ухватиться за нее», — говорит физик-теоретик Центра астрофизики Ави Лоэб.

Темная материя доставляет немало головной боли астрономам. Она составляет около 23% от всей Вселенной, а если говорить только о ее строительном материале, то и все 80%. Но, как следует из названия, она не светит ярко в небе, оставляя за собой следы, свидетельствующие о ее существовании. Ученые считают, что она существует, потому что нечто (помимо светящихся объектов — их они могут измерить) удерживает галактики вместе.

На сегодня у нас нет практически ничего. Большие надежды возлагались на эксперимент XENON1T, в ходе которого обнаружили слабо взаимодействующую частицу, но все, что ей удалось сделать ранее, — это ограничить свой возможный размер невероятно малой массой.

Нет практически никаких причин полагать, что темная материя проявляется через какую-либо другую силу, кроме гравитации. Некоторые физики спекулировали, что темная материя потенциально может проявлять и другие силы, но доказательств этого нет. Однако сейчас произошел неожиданный сдвиг в данных эксперимента EDGES — и это может предоставить некоторые из недостающих частей головоломки.

 
Эпоха реионизации, обозначенная в аббревиатуре названия эксперимента, относится к периоду 200 миллионов лет спустя после Большого взрыва. Тогда атомы водорода только отделились от «бульона» заряженных частиц — во время остывания космоса — и омылись сиянием первых звезд. В свою очередь, поток ультрафиолетовой радиации оттолкнул электроны от атомов и заново ионизировал водород, позволив атомам впитывать незначительные объемы фоновой радиации, эхом разносившейся по космосу от начала Вселенной.

EDGES создал профиль небесных радиоволн, которые могут быть использованы для описания поведения поглощающего радиацию водорода во время того древнего периода в истории космоса. Несмотря на то что данные пока совсем свежие и астрономическое сообщество разберет их по частям, ранние доклады отмечают, что температура водорода достигла только половины той, что прогнозировали модели.

«Что может значить определение EDGES более холодного, чем ожидалось, водородного газа в этот период? — говорит ведущий автор исследования, космолог Гарвардского университета Джулиан Муньоз. — Возможно, водород был охлажден темной материей».

Отделенные от своих электронов и еще не расшевеленные другими астрономическими явлениями, эти облака ионизированного водорода были бы еще достаточно медленными, чтобы отреагировать даже на самый слабый заряд. Будучи миллионной частью электромагнитного притяжения электрона, этот незначительный толчок маленькой порции частиц темной материи был бы сегодня совсем незаметен, но его хватило бы для охлаждения медленно движущегося водорода.

Лоэб и Муньоз настаивают, что их модель не основывается на результатах EDGES, а всего лишь предлагает уникальный взгляд на некоторые неожиданные цифры.

«С помощью нашего исследования мы можем выделить историю фундаментальной физики, независимо от того, как вы интерпретируете результаты EDGES», — комментирует Лоэб.