Nowe badania sugerują, że ciemna materia, jedna z najlepiej strzeżonych tajemnic Wszechświata, mogła przez cały czas po cichu malować kosmos słabymi, wykrywalnymi odcieniami czerwieni i błękitu.
Ciemna materia stanowi ponad 80% materii we wszechświecie, mimo to nie emituje, nie absorbuje ani nie odbija światła, co uniemożliwia bezpośrednie obserwacje. Teraz nowe badanie teoretyczne przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Yorku w Wielkiej Brytanii sugeruje, że światło przechodzące przez obszary przestrzeni bogate w ciemną materię może przybrać słaby odcień – lekko czerwony lub niebieski, w zależności od rodzaju napotkanej ciemnej materii.
Efekt byłby niezwykle subtelny, o wiele za słaby, aby obecne teleskopy mogły go wykryć, ale potencjalnie możliwy do zmierzenia za pomocą ultraczułych obserwatoriów nowej generacji – twierdzą naukowcy.
„To dość niezwykłe pytanie w świecie nauki, ponieważ większość badaczy zgodzi się, że ciemna materia jest ciemna” – współautor badania Michaił Baszkanow z Uniwersytetu w Yorku stwierdził w A oświadczenie. „Ale pokazaliśmy, że nawet najciemniejsza materia, jaką można sobie wyobrazić, może nadal mieć swego rodzaju sygnaturę kolorystyczną”.
Zespół porównuje tę koncepcję do „zasady sześciu uścisków dłoni”, XX-wiecznej teorii mówiącej, że dowolne dwie osoby na Ziemi łączy łańcuch maksymalnie sześciu znajomych. Badanie sugeruje, że w podobny sposób, nawet jeśli ciemna materia nie oddziałuje bezpośrednio ze światłem, może to robić pośrednio poprzez cząstki pośrednie, o których obie strony „wiedzą”, w tym Bozon Higgsatak zwana „boska cząstka”, która reprezentuje pole Higgsa, które jest odpowiedzialne za nadawanie mas innym cząstkom.
Badanie sugeruje, że to pośrednie połączenie może pozwolić fotonom, cząstkom światła, na niewielkie rozproszenie cząstek ciemnej materii, pozostawiając w świetle szept koloru lub „odcisk palca” polaryzacji.
„To fascynujący pomysł, a jeszcze bardziej ekscytujące jest to, że w pewnych warunkach ten «kolor» może być faktycznie wykrywalny” – stwierdził Bashkanov w oświadczeniu. „Dzięki odpowiednim teleskopom nowej generacji moglibyśmy to zmierzyć”.
W ich badaniu opublikowany na początku tego miesiąca w czasopiśmie Physics Letters B Bashkanov i jego zespół przeprowadzili, jak twierdzą, pierwsze szczegółowe obliczenia tego, jak silnie światło może rozpraszać ciemną materię.
Odkrycia sugerują, że jeśli ciemna materia składa się ze słabo oddziałujących masywnych cząstek, WIMP, które oddziałują poprzez słabe oddziaływania jądrowe, wówczas światło przechodzące przez obszar bogaty w WIMP utraciłoby najpierw część swoich wysokoenergetycznych niebieskich fotonów, pozostawiając przepuszczane światło lekko zabarwione na czerwono. Z drugiej strony, jeśli ciemna materia oddziałuje wyłącznie poprzez grawitację, fotony rozpraszałyby się w odwrotny sposób, nadając światłu lekkie przesunięcie w stronę błękitu – zauważa badanie.
Naukowcy twierdzą, że w obu sytuacjach interakcje są minimalne, ale nie zerowe, co oznacza, że ciemna materia może pozostawić wykrywalny „odcisk palca” na świetle przechodzącym przez jej gęste obszary, takie jak centra galaktyk lub gromady galaktyk.
Obliczenia pokazują, że efekty te mogą nieznacznie zniekształcić widmo światła odległych obiektów. Na przykład blask galaktyki może wydawać się mikroskopijnie bardziej czerwony lub niebieski, w zależności od dominującego rodzaju ciemnej materii znajdującej się pomiędzy nią a Ziemią. W zasadzie takie różnice mogłyby pomóc naukowcom w rozróżnieniu modeli ciemnej materii na podstawie tego, czy światło kosmiczne zmienia kolor na czerwony czy niebieski, gdy podróżuje przez przestrzeń bogatą w ciemną materię.
„W tej chwili naukowcy wydają miliardy na budowanie różnych eksperymentów – niektórzy mają na celu znalezienie WIMP, inni szukają aksjonów lub ciemnych fotonów” – stwierdził Bashkanov w tym samym oświadczeniu. „Nasze wyniki pokazują, że możemy zawęzić miejsce i sposób patrzenia na niebo, potencjalnie oszczędzając czas i pomagając skoncentrować wysiłki”.
Wykrycie tak drobnych przesunięć wymagałoby ultraprecyzyjnych teleskopów i żmudnej analizy światła, które przebyło miliardy lat świetlnych przez kosmos. Przyszłe obserwatoria o wyjątkowej czułości widmowej i polaryzacyjnej, takie jak Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski i należący do NASA Rzymski Teleskop Kosmiczny Nancy Grace, będą mogły pewnego dnia sprawdzić te przewidywania.
Jeśli odkrycia zostaną potwierdzone, otworzą zupełnie nowe okno obserwacyjne na ciemną materię, przybliżając naukowców o krok do rozwikłania jednej z największych tajemnic kosmologii.
