Учёные выяснили, что текущие обсерватории могут обнаружить признаки сверхлёгкой тёмной материи в скором времени

Учёные Университета Флориды внедрили передовой метод непосредственного обнаружения ультралёгкой тёмной материи, используя астрометрию — чрезвычайно точное измерение положения и движения астрономических объектов. Этот успех представляет собой возможный прорыв в длительных поисках таинственной субстанции, которая составляет основную массу Вселенной.

Тёмная материя, как известно, не взаимодействует с электромагнитным излучением, что делает её недоступной для классических методов наблюдения. Среди многочисленных кандидатов на роль тёмной материи, ультралёгкая тёмная материя, состоящая из частиц с чрезвычайно малой массой, остаётся одной из наиболее перспективных, но ещё не уловимых целей для исследователей.

В новой работе исследователи предложили альтернативный подход, который использует астрометрию для обнаружения гравитационного влияния тёмной материи.

«Наше исследование зародилось с центрального вопроса: как можно обнаружить тёмную материю, если она взаимодействует с обычной материей лишь через гравитацию? Традиционно такая задача считалась сложной для прямого обнаружения. Однако, ориентируясь на инновационный труд Хмельницкого и Рубакова, мы пришли к выводу, что ультралёгкая тёмная материя вызывает заметные флуктуации пространства-времени, которые можно выявить с помощью точных астрометрических измерений», — объясняет Сарунас Вернер, один из авторов работы.

В отличие от предыдущих поисков, которые в основном ориентировались на ритмические сигналы от миллисекундных пульсаров, данный метод сосредоточен исключительно на гравитационных взаимодействиях, прибегая к высокоточному применению астрометрии. Метод основывается на том, что ультралёгкая тёмная материя создаёт едва заметные, но измеримые изменения временного и пространственного континуума. Эти изменения влияют на видимое расположение звёзд и квазаров. В частности, учёные отметили, что важный эффект проявляется через ‘классическую аберрацию’ — небольшое угловое отклонение света от дальних объектов, вызванное движением наблюдателя в пространстве.

Учёные рассчитали, как создаваемая ультралёгкой тёмной материей рябь пространства-времени влияет на классическую аберрацию, что делает её зависимой от расстояния. Это означает, что ближние источники демонстрируют немного иную аберрацию, нежели далёкие. Эти различия исключительно малы — менее 1 микросекунды дуги — и требуют очень точных астрометрических измерений. Исследователи показали, что эти эффекты могут быть выявлены с использованием существующих и перспективных астрометрических исследований, таких как VLBI, Gaia и ожидаемых обсерваторий, аналогичных THEIA.

Этот новаторский метод предлагает принципиально новый путь в поисках ультралёгкой тёмной материи, полностью основанный на гравитационных взаимодействиях. Это уникально значимо, поскольку позволяет исслеживать кандидатов, полностью отличающихся от Стандартной модели, контактируя исключительно посредством гравитации.

Также этот метод дополняет существующие подходы к поиску ультралёгкой тёмной материи, в том числе измерениями реликтового излучения Вселенной (CMB) и изучением крупномасштабной структуры (LSS). В сочетании с этими данными, астрометрия высочайшей точности может значительно повысить шансы на обнаружение или ограничение параметров ультралёгких частиц тёмной материи в диапазоне масс ниже 10^-22 эВ. Этот диапазон интересен, так как соответствует частицам с длинами волн масштаба галактик, что потенциально может решить некоторые проблемы маломасштабной космологии.

Источник: iXBT