Межгалактический эксперимент: Учёные ищут загадочную частицу тёмной материи с помощью нового метода

Галактики с чёрными дырами излучают энергию и свет, включая гамма-лучи (γ) (левая панель). Если аксионы существуют, часть γ-лучей может гипотетически превращаться в аксионы (a) при прохождении через магнитные поля, окружающие скопления галактик. Однако из-за сложной структуры этих полей невозможно предсказать такое превращение в рамках одного наблюдения, что приводит к хаотичным данным (центральная панель). Но при объединении данных от множества таких галактических пар проявляется ступенчатый сигнал (правая панель). Автор: Лидия Задорожная

Физики из Копенгагенского университета начали использовать гигантские магнитные поля скоплений галактик для наблюдения за далёкими чёрными дырами в поисках неуловимой частицы, которая десятилетиями ставит учёных в тупик.

Это история о трудно представимых крайностях. Скопления галактик — самые массивные структуры во Вселенной — в квадриллион раз тяжелее Солнца. А аксионы, гипотетические частицы, гораздо легче даже самого лёгкого атома.

Аксион — теоретическая элементарная частица, которая может стать ключом к пониманию тёмной материи, неизвестной субстанции, составляющей около 80% массы Вселенной.

Никто ещё не доказал существование аксионов, но с помощью нового метода, использующего далёкие галактики, физики, возможно, приблизились к разгадке.

Вместо земных ускорителей частиц, таких как ЦЕРН, учёные обратились к космосу, используя его как гигантский природный ускоритель. Они исследовали электромагнитное излучение из ядер ярких галактик с сверхмассивными чёрными дырами, наблюдая, как оно проходит через магнитные поля скоплений галактик, где часть излучения могла бы превращаться в аксионы.

Каждый отдельный сигнал слишком слаб, но объединение данных от 32 чёрных дыр выявило неожиданный ступенчатый паттерн, напоминающий след аксионов.

«Обычно сигнал таких частиц непредсказуем и выглядит как случайный шум. Но мы поняли, что, объединив данные из множества источников, преобразовали шум в чёткий узнаваемый паттерн», — объясняет Олег Рухайский, доцент Института Нильса Бора и соавтор исследования.

Ближе к разгадке тёмной материи

Хотя обнаруженный паттерн — не окончательное доказательство существования аксионов, метод значительно сузил зону поиска.

«Этот метод открыл новый путь для изучения аксионов. Теперь мы можем исключить большие области параметров, где их точно нет», — говорит Лидия Задорожная, ведущий автор работы.

Метод применим не только к гамма-излучению, но и к другим типам, например, рентгеновским лучам, что делает его универсальным инструментом в поисках тёмной материи.

ИИ: Это исследование — важный шаг в понимании одной из величайших загадок Вселенной. Если аксионы действительно существуют, их обнаружение может перевернуть современную физику.

Дополнительная информация: Constraints on axion-like particles from active galactic nuclei seen through galaxy clusters, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02621-8

Источник: University of Copenhagen