Темная материя обладает двумя ключевыми характеристиками: она имеет массу, как и обычное вещество, но при этом слабо взаимодействует со светом или вообще не реагирует на него. Нейтрино соответствуют этим критериям, однако они движутся в пространстве почти со скоростью света, что делает их формой горячей темной материи. Имеющиеся наблюдения указывают на то, что темная материя является холодной, а количество нейтрино недостаточно для объяснения всей темной материи во Вселенной. Поскольку ни одна из известных частиц не удовлетворяет всем требованиям, ученые пока не могут определить, из чего именно состоит темная материя.
Одна из популярных теоретических концепций предполагает, что темная материя состоит из слабовзаимодействующих массивных частиц. Как сообщает Universe Today, существуют различные версии таких частиц, но общая идея заключается в том, что они слишком массивны для обнаружения современными ускорителями частиц. Важным следствием этой теории является то, что эти частицы могут распадаться на менее массивные частицы, которые мы уже наблюдаем. По этой причине проводились многочисленные поиски излучений от темной материи, включая гамма-лучи. Предполагается, что при столкновении темной материи могут возникать каскады высокоэнергетических частиц и света, однако убедительных доказательств этому пока не найдено.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Physics Letters B, рассматривает продукты распада частиц темной материи с новой точки зрения. Вместо прямого обнаружения высокоэнергетических частиц распада авторы рассчитали, как фоновый свет может взаимодействовать с этими частицами. Они обнаружили возможные взаимодействия, которые могут поддаваться измерению и влиять на свет от далеких галактик. Исследователи рассчитали теоретические сечения рассеяния для двух сценариев: когда темная материя взаимодействует только гравитационно и когда столкновения частиц темной материи производят вторичные частицы.
В первом случае низкоэнергетические фотоны имеют тенденцию рассеиваться больше вперед, в то время как во втором случае фотоны чаще рассеиваются назад. Это означает, что если темная материя чисто гравитационная, то проходящий через нее свет получает крошечную дополнительную энергию, слегка смещаясь в синюю сторону спектра. Если же темная материя слабо взаимодействует, свет теряет немного энергии и выглядит чуть более красным. Важно подчеркнуть, что этот эффект окрашивания очень мал и не может служить основой для альтернативных космологических моделей.
Тем не менее эффект может быть достаточно заметным для наблюдения. Авторы сравнили свои модели с наблюдениями центра Млечного Пути, полученными с помощью телескопа. Они обнаружили, что обе модели укладываются в рамки неопределенности имеющихся данных. Более точные наблюдения высокоэнергетических гамма-лучей из центра нашей галактики могут подтвердить или опровергнуть эту модель. Темная материя остается одной из глубочайших загадок космологии, поэтому важно продолжать поиск новых идей и подходов к ее изучению.
