Вчені активізують пошуки темної матерії – невидимої речовини, яка становить 85% маси Всесвіту – шляхом аналізу енергетичних викидів від масивних скупчень галактик. Мета — виявити слабкі ознаки розпаду частинок темної матерії, потенційно виявивши їх справжню природу. Ці дослідження спрямовані не лише на виявлення відсутнього компонента космосу, а й на перевірку фундаментальних теорій фізики елементарних частинок і розуміння того, як утворилися великомасштабні структури Всесвіту.
Проблема невидимої матерії
Темна матерія залишається однією з найбільших загадок сучасної космології. На відміну від звичайної матерії, він не взаємодіє зі світлом, що робить його невидимим для телескопів. Це змусило фізиків запропонувати ряд екзотичних частинок, які виходять за межі стандартної моделі – частинок, які можуть розпадатися протягом мільярдів років, вивільняючи при цьому енергію. Якщо ці частинки розпадуться, випромінювання в результаті може бути виявлено як рентгенівське, гамма-промені або навіть потоки невловимих нейтрино.
Нові інструменти для старого полювання
Попередні спроби знайти ці ознаки розпаду покладалися на застарілі детектори з обмеженою точністю. Однак рентгенівська обсерваторія NASA (XRISM) пропонує нову перевагу: високоенергетичну спектроскопію. Це дозволяє вченим розрізняти відомі атомні викиди та потенційно слабкі, неідентифіковані лінії, які можуть вказувати на розпад темної матерії. Об’єднавши тримісячні дані XRISM, дослідники зараз уточнюють свій пошук цих характерних сигналів у скупченнях галактик, які багаті темною матерією та добре вивчені з точки зору розподілу маси.
Стерильні нейтрино як головний підозрюваний
Одним із провідних кандидатів на темну матерію є «стерильне нейтрино», гіпотетична частинка, яка взаємодіє з матерією лише через силу тяжіння. На відміну від трьох відомих типів нейтрино, стерильні нейтрино можуть розпадатися на фотони, створюючи рентгенівський сигнал, який можна виявити. Поточне дослідження надає найжорсткіші обмеження на розпад стерильного нейтрино в діапазоні 5–30 кілоелектронвольт. Незважаючи на те, що за популярністю вони все ще поступаються масивним слабко взаємодіючим частинкам (WIMP), стерильні нейтрино та інші альтернативні кандидати на темну матерію привертають більше уваги, оскільки експерименти продовжують не знаходити жодних доказів існування WIMP.
Майбутнє виявлення темної матерії
Полювання на розпад темної матерії ще не закінчено. Вчені планують продовжувати аналізувати дані XRISM протягом наступних 5-10 років, сподіваючись або підтвердити існування частинок, що розпадаються, або ще більше уточнити обмеження на їхні властивості. Ставки високі: якщо його виявлять, це не тільки розкриє природу темної матерії, але й відкриє нові шляхи розуміння прихованих компонентів Всесвіту та його еволюції.
Пошуки розпаду темної матерії є свідченням наукового методу, коли навіть відсутність доказів може бути цінною для вдосконалення теорій і звуження можливостей.
