Физики зафиксировали возможную темную материю Солнца

Анализ данных, собранных с помощью телескопа в течение 12 лет, выдал намек на то, что может быть первым обнаружением темной материи, сообщает Nature. Астрономы нашли изменения в потоке рентгеновского излучения, за которым наблюдала обсерватория Европейского космического агентства. Изменения навели на мысль об аксионах — гипотетических частицах темной материи — которые взаимодействуют с магнитным полем Земли.

Темная материя называется темной не из-за своего цвета, а из-за того, что о ней совсем ничего не известно. Как полагают, это вещество составляет не менее 85% всей материи во Вселенной. Она темная, потому что ее присутствие обнаруживается по гравитационному воздействию повсюду во Вселенной, но прямо обнаружить ее до сих пор не удалось никому. Хотя намеки, конечно, появляются.

Если эта информация подтвердится, обнаружение аксионов будет невероятным открытием. Руководитель исследования, астроном Джордж Фрейзер из Университета Лестера в Великобритании, умер спустя два дня после того, как его коллеги представили бумагу для публикации. Исследование Фрейзера было «самой удивительной лебединой песней», написал Энди Лоуренс, астроном из Астрономического института в Эдинбурге.

Хотя работа была принята и будет опубликована 20 октября, оставшиеся в живых авторы не спешат открывать шампанское.

«Мы обнаружили необычные результаты, которые не можем объяснить ни одним из традиционных способов, но которые может объяснить теория аксионов, — говорит Энди Рид, соавтор работы. — Но это только гипотеза».

Аксионы были изначально предложены как объяснение аномалий в другой области физики — теории сильного ядерного взаимодействия, одной из четырех фундаментальных сил природы. Эти незаряженные и очень легкие частицы могут появляться в ядре Солнца и едва ли будут взаимодействовать с обычной материей. Это означает, что они могут проскользать через тысячи километров солнечной плазмы и убегать в космос. Однако аксионы будут взаимодействовать с магнитными полями вроде того, что окружает Землю, и превращаться в рентгеновские фотоны. Именно эти фотоны, как думают ученые, они и видели.

Команда ученых обнаружила, что когда европейской зонд XMM-Newton прошел через сильное магнитное поле на солнечной стороне Земли, он зафиксировал более интенсивный рентгеновский сигнал, чем когда был на дальней стороне Земли. Исключив известные источники рентгеновских лучей, ученые ожидали увидеть фоновый сигнал таким же, какой был раньше.

В своей 67-страничной работе ученые сделали все возможное, чтобы исключить заурядные земные явления — например, взаимодействие солнечного ветра с магнитным полем Земли, и только потом перешли к объяснению с помощью теории аксионов.

Одним из необычных аспектов этого анализа является то, что XMM-Newton улавливает рентгеновские фотоны даже если не смотрит прямо на Солнце, а под прямым углом. (Ожидалось, что фотоны будут продолжать двигаться в том же направлении, из которого пришли аксионы). Однако, как говорят авторы, аксионы продолжали рассеиваться и попадать в телескоп.

Также они указывают на то, что намеки на подобный сигнал обнаружила рентгеновская обсерватория «Чандра», хотя формальное подтверждение этого займет несколько лет анализа.

Не все довольны интерпретацией с помощью аксионов. Астроном Питер Коулз из Университета Сассекса в Великобритании назвал доказательства «косвенными». Он говорит, что скорее поставил бы на смешанную физику локальной плазмы, нежели на что-то более фундаментальное.

Игорь Гарсия Ирасторца, работающий на аксионном солнечном телескопе CERN (CAST), соглашается с тем, что сигнал интригует. Но тип аксионов, который мог бы объяснить этот сигнал, конфликтовал бы с другими астрофизическими наблюдениями. Также, по его словам, свойства этих частиц должны отличаться от тех, которые теоретически предполагались десятилетиями.

Майк Уотсон, работающий также в Университете Лестера, но не принимавший участие в работе, говорит, что Фрейзер был «исключительным ученым» и мастером своей работы.

«Интерпретация довольно интересная, и по-человечески стоило бы признать ее верной как дань памяти Джорджу. Но в науке так не делают».