"Ловушка" для темных фотонов: новый метод обнаружения темной материи

Темная материя – загадочное явление, которое составляет около 26% всей массы Вселенной. Ее существование известно на основе наблюдений за гравитационными взаимодействиями в галактиках и космических объектах. Но, несмотря на то, что астрофизики уже несколько десятилетий пытаются найти альтернативные методы обнаружения темной материи, она до сих пор остается одной из самых загадочных и неизученных тем в науке.

Однако, недавно астрофизики из Университета Цинхуа, Обсерватории Пурпурных гор и Пекинского университета предложили новый метод обнаружения темной материи. Они показали, что есть возможность прямого обнаружения темных фотонов – частиц-кандидатов темной материи. Для этого можно использовать мощные радиотелескопы: китайский FAST и нидерландский LOFAR.

Радиотелескоп не может напрямую наблюдать темную материю, но он может наблюдать явления, которые темная материя инициирует. Так, астрофизики изучили возможность обнаружения с помощью радиотелескопа так называемых темных фотонов – частиц-кандидатов темной материи.

Основываясь на предыдущей работе, в которой изучалось преобразование темных фотонов в обычные фотоны в солнечной короне, астрофизики рассмотрели возможность регистрации возбужденных темными фотонами электронов телескопом FAST или "Сферическим Радиотелескопом с Пятисотметровой Апертурой", расположенном на юге Китая, в провинции Гуйчжоу. Несмотря на то, что фактически FAST использует параболический рефлектор с апертурой 300 м, астрофизики показали, что для регистрации электронов, возбужденных темными фотонами, рефлектор телескопа должен быть сферическим, а приемник сигнала должен располагаться в центре сферы.

Проблема в том, что существующие сегодня радиотелескопы, в том числе FAST, предназначены для наблюдения удаленных радиосигналов, поэтому форма их тарелки параболическая, а приемник помещен в точку фокуса. Это означает, что электромагнитные сигналы, вызванные темными фотонами, не попадают в приемник. Но в новой работе астрофизики показали, что существующие радиотелескопы все-таки можно применить для "ловли" темных фотонов.

Схема работы, предложенная астрофизиками примерно такая. Проводится теоретический расчет полей свободных электронов, порожденных воздействием темных фотонов. Подвижный приемник в разных положениях над тарелкой радиотелескопа собирает электромагнитные сигналы. Сигналы, собранные приемником, сравнивают с распределениями, предсказанными теорией. Если зарегистрированное распределение совпадет с теоретическим предсказанием, это станет сильным подтверждением в пользу того, что именно темные фотоны составляют темную материю.

Новый метод обнаружения темной материи может стать революционным открытием в астрофизике. Астрофизик Хайпенг Ан говорит:

"Эта работа открывает новые возможности для обнаружения темной материи и ее составляющих, что может привести к революционным изменениям в нашем понимании Вселенной и ее эволюции".