Вопрос о природе темной материи давно не дает покоя физикам и астрономам. Несмотря на то, что эта субстанция составляет подавляющее большинство массы во Вселенной, обнаружить ее напрямую до сих пор не удалось. Она не излучает свет, не поглощает его и не отражает — словно призрак, пронизывающий космос. Но, возможно, именно сейчас человечество подошло к черте, за которой скрывается разгадка одной из главных тайн мироздания.
В центре внимания — скопления галактик, гигантские структуры, где темная материя буквально доминирует. Именно здесь, по мнению исследователей, можно поймать редкие сигналы, которые оставляют после себя распадающиеся частицы темной материи. И если эти частицы действительно существуют, то их следы должны проявиться в виде необычных рентгеновских всплесков или даже в появлении так называемых «призрачных» нейтрино.
Охота на невидимое
До недавнего времени ученые были вынуждены довольствоваться данными, полученными с помощью полупроводниковых детекторов — устройств, которые фиксируют свет, но не способны различать тонкие энергетические нюансы. Это ограничивало возможности поиска и оставляло слишком много пространства для догадок. Однако запуск миссии XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) открыл новую эру в изучении космоса. Этот рентгеновский телескоп способен различать мельчайшие детали в спектре излучения, что позволяет отделить сигналы известных атомов от потенциальных следов распада темной материи.
Исследовательская группа из Университета Алабамы в Хантсвилле (University of Alabama in Huntsville) решила использовать XRISM для анализа данных, собранных за три месяца наблюдений. В спектрах скоплений галактик они обнаружили множество рентгеновских линий, соответствующих железу, кремнию, сере и никелю. Но особый интерес вызвали те линии, которые не совпадали ни с одним известным элементом. Именно они могут быть ключом к разгадке.
Стерильные нейтрино: новые подозреваемые
В научном сообществе давно обсуждается гипотеза о существовании стерильных нейтрино — частиц, которые практически не взаимодействуют с обычной материей и проявляют себя только через гравитацию. В отличие от привычных нейтрино, эти «призраки» не подчиняются слабому ядерному взаимодействию, что делает их практически неуловимыми. Тем не менее, теория предсказывает, что стерильные нейтрино могут распадаться, испуская два фотона одинаковой энергии. Если это так, то именно такие всплески и должны появляться в рентгеновском диапазоне.
Команда ученых уверена: если стерильные нейтрино действительно существуют, то их следы можно обнаружить именно в скоплениях галактик, где темная материя сосредоточена в огромных количествах. Более того, новые данные XRISM позволяют установить самые жесткие ограничения на параметры этих частиц в диапазоне от 5 до 30 кэВ. Это значит, что многие теоретические модели теперь придется пересмотреть или даже отбросить.
В поисках альтернатив
Несмотря на то, что в течение десятилетий основным кандидатом на роль темной материи считались массивные слабо взаимодействующие частицы (WIMPs), многочисленные эксперименты не дали убедительных доказательств их существования. Это вынуждает ученых искать альтернативные объяснения и рассматривать другие гипотетические частицы, включая стерильные нейтрино. Исследователи не исключают, что в ближайшие годы именно они могут выйти на первый план в гонке за разгадкой природы темной материи.
Однако путь к истине не будет легким. Даже самые чувствительные приборы пока не способны однозначно подтвердить или опровергнуть существование стерильных нейтрино. Тем не менее, с каждым новым набором данных границы возможного сужаются, а надежда на прорыв становится все реальнее. Ученые не скрывают: если удастся обнаружить характерную рентгеновскую линию, это станет настоящей сенсацией для всей физики.
Будущее исследований
В ближайшие 5-10 лет миссия XRISM продолжит собирать данные, которые позволят либо обнаружить заветный сигнал, либо еще сильнее ограничить параметры гипотетических частиц. Каждый новый виток исследований приближает нас к пониманию того, из чего же на самом деле состоит Вселенная. И хотя пока темная материя остается невидимой, ее тень все отчетливее проступает на фоне космического рентгеновского свечения.
Если Вы не знали, XRISM — это совместная миссия NASA и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), запущенная для изучения рентгеновского излучения во Вселенной. Аппарат оснащен уникальными спектрометрами, способными фиксировать мельчайшие энергетические различия в рентгеновском диапазоне. Благодаря этим технологиям ученые надеются не только раскрыть природу темной материи, но и получить новые данные о структуре и эволюции галактик.
