Космическая паутина может стать детектором распада темной материи

Невидимые нити между галактиками могут стать ловушкой для темной материи, выдавая ее распад на гравитоны. Рассказываем, что обнаружили ученые, и почему отсутствие результата — тоже результат.

Формирование галактических кластеров и космологических филаментов в ранней Вселенной. Если в кластерах соседствует барионная и темная материя, то в филаментах преобладает вторая. И если она действительно подвержена естественному распаду на гравитоны, то его можно отследить.

Источник: https://commons.wikimedia.org/

Темная материя снова ускользнула от ученых, но на этот раз оставила важный след. Международная группа исследователей показала, что гигантские космические филаменты — нити, соединяющие галактики и скопления галактик в единую «паутину» Вселенной, — могут пригодиться для поиска признаков распада загадочного вещества, составляющего значительную часть массы космоса. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review D.

Филаменты считаются своеобразным каркасом Вселенной. Именно в них сосредоточены огромные запасы темной материи, которую невозможно увидеть напрямую. Исследователи использовали гидродинамические симуляции EAGLE, чтобы изучить распределение темной материи внутри таких структур и оценить, какие сигналы мог бы породить ее возможный распад.

Согласно рассмотренному сценарию, частицы темной материи с массой порядка 1 ГэВ могут распадаться на электрон-позитронные пары. Эти частицы, взаимодействуя с магнитными полями филаментов, должны создавать слабое радиоизлучение — так называемое синхротронное излучение. Именно его и попытались обнаружить ученые.

Схематическая иллюстрация стратегии поиска темной материи (DM). Частица DM χ на ранних этапах распадается на гравитоны. Гравитоны распространяются по намагниченным космологическим нитям и могут колебаться в виде фотонов вдоль луча зрения наблюдателя. Этот поток является подтверждением любой модели DM, которая допускает распад на гравитоны.

Источник: https://journals.aps.org/

Для анализа использовались накопленные радиоданные по множеству космических нитей. Однако ожидаемого сигнала найдено не было. На первый взгляд это выглядит как неудача, но для астрофизиков отсутствие следов тоже результат. Оно позволило существенно сузить допустимые параметры распада темной материи. В некоторых случаях новые ограничения сократились до двух порядков — то есть примерно в 100 раз — по сравнению с предыдущими оценками.

Авторы подчеркивают, что космические филаменты ранее практически не рассматривались как инструмент непрямого поиска темной материи. Теперь же они могут стать важной площадкой для будущих наблюдений и проверки экзотических моделей устройства Вселенной.

Интересно, что в последние годы ученые все чаще находят подтверждения существования самой «космической паутины». Так, Hi-Tech Mail рассказывал о гигантской нити горячего газа, связывающей сразу четыре скопления галактик и, возможно, скрывающей часть «пропавшей» материи Вселенной:

Моделирование лимитов распада темной материи (подробное описание — в первоисточнике)

Источник: https://journals.aps.org/

Также ранее мы писали о первом прямом изображении «космической паутины»: