Вот она: экзотическая форма темной материи, известная как темные фотоны, может нагревать Вселенную. Эти странные частицы – словно носители новой, пятой силы природы, которую обычная материя не чувствует. Но иногда эти темные фотоны могут изменять свою идентичность, превращаться в обычные фотоны, и таким образом становиться источником дополнительного тепла.
Также интересно Шот от Короля рок-н-ролла: крутой коктейль, на который бартендеров вдохновил Элвис Пресли
Как можно обнаружить темные фотоны
Когда мы наблюдаем за межгалактическим газом на фоне света от удаленного яркого объекта, к примеру квазара, то можем видеть ряд пробелов в спектре. И вот почему: этот свет должен пройти через миллиарды световых лет газа, чтобы достичь нас.
- Иногда свет проходит через плотный сгусток нейтрального водорода (состоит из 1 протона и 1 нейтрона), пронизывающего газовые облака по всей Вселенной.
- Большая часть света не претерпевает изменений, но определенную специфическую длину волны газовые облака поглотят. Эта длина соответствует разнице энергий, необходимой для переноса электрона с 1 на 2 уровень энергии внутри атомов водорода.
Итак, когда астрономы смотрят на свет, исходящий от квазара, то видят и разрывы на длине волны этого специфического энергетического перехода, известного как линия Лаймана-альфа. В итоге на спектре заметен "лес" – серия линий и пробелов.
Во Вселенной становится жарко
"Лес" Лаймана-альфа можно использовать для измерения температуры каждого газового облака. Молекулы нейтрального водорода двигаются, поэтому щель в спектре увеличивается из-за кинетической энергии этих молекул. Чем горячее газ, тем большую энергию имеют молекулы и тем шире пробел в спектре.
Даже на Земле мы можем измерить температуру газовых облаков сквозь миллиарды мировых лет / Фото NASA
В статье в Physical Review Letters команда астрофизиков отметила, что рассеивающиеся между галактиками облака газа слишком горячие. Итак, очевидно, что-то нагревает эти облака, и это "нечто" не учтено в современном астрофизическом моделировании. Одним из возможных объяснений этого несоответствия являются темные фотоны в нашей Вселенной – так утверждают авторы исследования.
Теплая тьма
Знакомый нам фотон является носителем силы электромагнетизма – именно он создает электричество, магнетизм и свет. Темные же фотоны были бы носителем новой силы природы, которая не работает в обычных масштабах и сценариях (например, в лабораториях или в Солнечной системе, иначе мы бы их уже наблюдали).
- По мнению авторов исследования, темные фотоны имеют крошечную массу и могут объяснить темную материю. А также могут взаимодействовать между собой и другими потенциальными частицами темной материи.
- В моделях астрофизиков темные фотоны способны на хитрость – иногда превращаться в обычный фотон. И при этом делать то, что всегда делают фотоны – нагревать вещи.
Исследователи выполнили первое в истории моделирование эволюции Вселенной с учетом влияния этих тайных темных фотонов, изменяющих идентичность. И обнаружили, что определенная комбинация массы темного фотона и вероятности превращения в обычный фотон действительно может объяснить расхождение в нагревании Вселенной.