Волновая модель темной материи точнее воспроизвела изображения далекого квазара
Астрофизики впервые рассчитали, как ультралегкая темная материя искажает изображения далеких объектов, взяв распределение ее массы из трехмерных волновых симуляций. Затем они проверили расчет на квазаре HS 0810+2554. Для одной из проверенных масс частиц модель воспроизвела наблюдаемые положения его изображений точнее, чем два подхода, с которыми ее сравнили. Это не доказывает, что темная материя состоит из ультралегких частиц, но дает способ проверить такую гипотезу по наблюдениям.
Свет квазара проходит рядом с галактикой, прежде чем попасть на Землю. Гравитация галактики меняет его путь, поэтому наблюдатели видят несколько изображений одного источника. У HS 0810+2554 радиотелескопы обнаружили два компактных источника излучения, связанных со струями квазара. Гравитационная линза создает по четыре изображения каждого из них. Их положения измерены достаточно точно, чтобы сравнивать с расчетами.
По одной из гипотез, темная материя состоит из настолько легких частиц, что в масштабах галактик они проявляют волновые свойства. Волны накладываются друг на друга и создают области с разной плотностью. Такая неоднородность меняет действие гравитационной линзы, а значит, может сдвигать видимые изображения квазара. Раньше исследователи обычно задавали эти колебания плотности с помощью статистического приближения. В новой работе ученые напрямую проследили, как волновое поле образует трехмерные структуры, а затем рассчитали, как каждая структура преломила бы свет.
Команда создала тысячу вариантов галактического гало и проверила, где в каждом случае оказались бы изображения квазара. При массе частицы 10⁻²² электронвольта медианное расхождение между расчетными и наблюдаемыми положениями составило около 12 угловых миллисекунд для одного радиоисточника и около 6 — для другого.
Некоторые варианты согласовались с наблюдениями в пределах погрешности на уровне трех стандартных отклонений. Статистическое приближение в этом сравнении в целом давало большие расхождения, а гладкая модель распределения темной материи согласовывалась с наблюдениями еще хуже. При меньшей массе частицы, 10⁻²³ электронвольта, расхождения выросли.
Темная материя, по оценкам, составляет около 85% всей материи во Вселенной. Она не испускает, не поглощает и не отражает свет; о ее присутствии судят по гравитационному влиянию. Частицы темной материи пока не входят в Стандартную модель, которая описывает известные элементарные частицы и три из четырех фундаментальных взаимодействий.
Иллюстрация Amruth Alfred
Самое популярное
