В джетах активных галактик не нашли темной материи

Астрофизики проверили, влияют ли частицы темной материи на кванты света в высокоэнергетических выбросах из ядер активных галактик. Теоретически предсказанного феномена обнаружить не удалось, что позволяет установить самые серьезные на данный момент ограничения на степень их взаимодействия. Результаты работы российских ученых в соавторстве с коллегами из США и Финляндии опубликованы на сервере препринтов arXiv.org.

Долгое время наиболее вероятным кандидатом на роль темной материи считались тяжелые слабовзаимодействующие частицы — вимпы (WIMPs). Однако как прямые, так и косвенные поиски этих частиц не увенчались успехом, поэтому интерес астрономов к альтернативным моделям значительно вырос. В частности, в последнее время особенно популярной стала гипотеза о «размытой» темной материи (fuzzy dark matter), частицы которой обладают сверхмалой массой, что позволяет им проявлять квантовые волновые свойства на астрономических масштабах. В таком случае снимаются некоторые проблемы, характерные для сценариев с темной материей из тяжелых частиц.

Размытая темная материя — это частный случай темной материи из аксионоподобных частиц. Такие частицы естественным образом возникают в различных обобщениях Стандартной модели физики элементарных частиц. Общее свойство таких моделей — также наличие взаимодействия между аксионом и фотоном, которое пытаются найти в астрофизических наблюдениях и лабораторных экспериментах. Наличие такого взаимодействия приводит к эффекту, известному как «космологическое двулучепреломление». Суть эффекта состоит в том, что с точки зрения взаимодействия с фотонами аксионная темная матери ведет себя аналогично кристаллу: свет, пролетая через нее, поляризуется, то есть один луч света расщепляется на два, у каждого из которых разная поляризация. Ученые уже пытались найти этот эффект раньше, но безрезультатно.

В случае размытой темной материи этот эффект приобретает специфическую особенность: плотность аксионов осциллирует с характерным периодом около одного года, что поэтому периодически картина поляризации меняется из-за эффекта взаимодействия со светом. В частности, происходят осцилляции разности фазы между двумя преломленными фотонами, что увеличивает возможность обнаружения данного эффекта.