Интенсивные процессы в областях активного звездообразования могут напоминать события ранней Вселенной, только в ней турбулентность была везде.
Ученые из канадского Периметрического института теоретической физики в Ватерлоо и Университета Мэриленда (США) пересмотрели один из важных аргументов против существования темных фотонов — гипотетических частиц, которые рассматриваются как возможный компонент темной материи. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Речь идет о первых этапах истории Вселенной, когда космос был заполнен чрезвычайно горячей плазмой из заряженных частиц. Физики долго исходили из того, что темные фотоны могли превращаться в обычные фотоны, передавая энергию плазме. Если бы этот процесс шел достаточно активно, Вселенная получила бы дополнительный нагрев, а его последствия можно было бы сопоставить с космологическими наблюдениями.
На этом основании физики исключали для темных фотонов огромный диапазон возможных параметров.
Хрестоматийная диаграмма эволюции Вселенной.Теперь компьютерное моделирование показало: прежняя картина была слишком упрощенной. Исследователи рассматривали превращение темного фотона в обычный свет как линейный процесс, при котором энергия постепенно перетекает в плазму. Но при реальном взаимодействии система быстро становится нелинейной.
Иными словами, плазма не собирается спокойно принимать энергию, как батарейка заряд — она начинает вести себя гораздо сложнее и фактически сама тормозит дальнейшую передачу энергии.
Начало эволюции Вселенной«Запрещенные» десять порядков снова открыты для охоты
По расчетам команды, нелинейные процессы выключают преобразование уже после того, как в плазму попадает лишь небольшая доля энергии. Поэтому ожидаемого масштабного нагрева ранней Вселенной не происходит. Это меняет исходные данные для поиска темной материи. Согласно новой работе, прежнее космологическое ограничение на темные фотоны оказывается несостоятельным примерно на десяти порядках величины по массе — от 10-15 до 10-6 электронвольта. Авторы связывают этот диапазон примерно с радиочастотами порядка от килогерц до гигагерц.
Вопрос не стоит об обнаружении темных фотонов «здесь и сейчас». Исследователи лишь показали, что значительную область, которую раньше считали практически закрытой для них, теперь нельзя исключать на прежних основаниях.
В марте 2016 года Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) одобрила проект эксперимента NA64 на ускорителе SPS, разработанный учёными из Института ядерных исследований РАН (Москва) и Института физики высоких энергий (Протвино). Но убедительного подтверждения существования темных фотонов тогда так и не нашли.Работа также ставит более общий вопрос: насколько надежны линейные приближения, которые ученые используют для описания сложных астрофизических сред. Авторы считают, что аналогичные нелинейные эффекты стоит проверить, например, в магнитосферах нейтронных звезд и белых карликов.
О том, как космическая паутина может стать детектором распада темной материи, Hi-Tech Mail рассказал здесь.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
