Темная материя может состоять из темных фотонов?

Ученые нашли намеки на то, что темная материя может состоять из сверхлегких темных фотонов, которые нагрели нашу Вселенную.

Такой новый сценарий предложен в исследовании, проведенном в Международной школе передовых исследований (SISSA) в сотрудничестве с научными учреждениями в нескольких странах. Работа недавно опубликована в журнале Physical Review Letters.

Эта гипотеза, по словам авторов, прекрасно согласуется с наблюдениями, сделанными Спектрографом космических истоков (COS) на борту космического телескопа Хаббл, который проводит измерения "космической паутины" - сложной и непрочной сети филаментов, заполняющих пространство между галактиками.

Собранные COS данные свидетельствуют о том, что космические межгалактические филаменты горячее, чем предполагают гидродинамические симуляции стандартной модели формирования структур.

"Поскольку темные фотоны могли бы превращаться в низкочастотные фотоны и нагревать космические структуры", - объясняют ученые, - "они вполне могли бы объяснить экспериментальную информацию".

Темные фотоны - хороший кандидат на темную материю

"Темные фотоны - это гипотетические новые частицы, которые являются носителями силы для новой силы в темном секторе, подобно тому, как фотон является носителем силы для электромагнетизма", - объясняют авторы.

"Однако, в отличие от фотона, они могут иметь массу. В частности, ультралегкий темный фотон, масса которого на двадцать порядков меньше массы электрона, является хорошим кандидатом в темную материю".

Также ожидается, что темные фотоны и обычные фотоны будут смешиваться как различные типы нейтрино, позволяя сверхлегким темным фотонам темной материи превращаться в низкочастотные фотоны. Эти фотоны будут нагревать космическую паутину, но, в отличие от других механизмов нагрева, основанных на астрофизических процессах, таких как звездообразование и галактические ветры, этот процесс нагрева будет более диффузным и эффективным также в регионах с низкой плотностью.

Отсутствующий элемент

Соавтор Маттео Виельтиз SISSA объясняет: "Обычно космические филаменты использовали для исследования мелкомасштабных свойств темной материи, а в данном случае мы впервые использовали данные о межгалактической среде с малым красным смещением как калориметр, чтобы проверить, достаточно ли всех известных нам процессов нагрева для воспроизведения данных. Мы обнаружили, что это не так: чего-то не хватает, что мы моделируем как вклад, производимый темным фотоном".

В работе определены масса и смешение темного фотона с фотоном Стандартной модели, необходимые для устранения расхождения между наблюдениями и моделированием; эти усилия могут стимулировать дальнейшие теоретические и наблюдательные исследования, чтобы изучить захватывающую возможность того, что темный фотон может представлять собой темную материю.