Сондата New Horizons наблюдава светлина от може би разпадаща се тъмна материя

Неочакван излишък от светлина отвъд Млечния път може да е доказателство за разпадащи се частици тъмна материя, предполагат трима американски астрономи. 

Въз основа на наблюденията, направени от сондата на НАСА New Horizons, Хосе Луис Бернал (José Luis Bernal), Габриела Сато-Полито (Gabriela Sato-Polito) и Марк Камионковски (Marc Kamionkowski) от Университета "Джонс Хопкинс" предполагат, че тази светлина може да е доказателство за разпадането на аксиони - хипотетични частици, които биха могли да обяснят част от тъмната материя, която изглежда изпълва Вселената.

Космическият оптичен фон (COB - cosmic optical background) обхваща цялата светлина, идваща от източници извън Млечния път, и би трябвало да съдържа важна информация за структурата на Вселената. Но астрономите са установили, че е много трудно да се разграничи COB от светлината, произхождаща много по-близо до нас - по-специално от слънчевата светлина, която се разсейва от междупланетен прах.

Най-известен с прелитането си покрай Плутон през 2015 г., New Horizons оттогава напредва дълбоко във външната Слънчева система. В момента сондата се намира в Пояса на Кайпер, който съдържа огромен брой ледени обекти. От решаващо значение за астрономите, които се интересуват от COB, е фактът, че междупланетният прах е много по-рядък в Пояса на Кайпер, отколкото в регионите, които са по-близо до Слънцето. Неотдавна COB беше измерен с помощта на апарата LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) на борда на New Horizon - който преди това засне известните изображения с висока резолюция на повърхността на Плутон. Отдалечени от влиянието на разсеяната слънчева светлина, тези нови наблюдения осигуряват най-точното измерване на COB до момента.

Почти два пъти по-ярък

Изненадващо откритие е, че космическият оптичен фон е почти два пъти по-ярък, отколкото би се очаквало от последните проучвания на галактиките. Това превишение има статистическа значимост от 4σ, което означава, че е малко вероятно наблюдението да е резултат от статистически флуктуации

Сега тримата астрономи от "Джонс Хопкинс" предполагат, че този излишък на светлина може да идва от разпадането на аксиони. Това са хипотетични частици с малки маси, които биха могли да обяснят тъмната материя - сама по себе си хипотетична субстанция, която се използва за обяснение на озадачаващите наблюдения на галактики и по-мащабни структури във Вселената.

За да обяснят наблюденията на LORRI, астрономите изследват модел, при който аксионите се разпадат на фотони. Те изчисляват разпределението на енергията на фотоните в резултат на тези разпади и как те биха допринесли за излишната светлина, засечена от LORRI.

Резултатите на екипа показват, че излишните фотони от космическия оптичен фон биха могли да произхождат от аксиони с маси от 8-20 eV/c², със средни времена на разпад от около 10¹⁵ години. Освен това, ако разпадът на аксиони произвежда фотони с една специфична енергия, би трябвало да има доказателства за това производство в спектралното разпределение на светлината в космическия оптичен фон.

Сега тримата астрономи ще търсят този спектрален подпис в бъдещи наблюдения на космическия оптичен фон, които ще се подобрят с напредването на New Horizons към края на Слънчевата система.

Справка: Cosmic Optical Background Excess, Dark Matter, and Line-Intensity Mapping
José Luis Bernal, Gabriela Sato-Polito, and Marc Kamionkowski
Phys. Rev. Lett. 129, 231301 – Published 29 November 2022 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.231301

Източник: New Horizons probe may have observed light from decaying dark matter, Physics World