Природа темної матерії – одна з головних загадок сучасної астрофізики. Багато спостережень та розрахунків вказують на існування «невидимої» речовини, яка взаємодіє зі «звичайною» баріонною матерією лише гравітаційно. Серед них — щось невидиме, що «розкручує» зовнішні області галактичних дисків швидше за покладені швидкості, рух скупчень галактик, розрахунки з реліктового випромінювання, коливання щільності баріонної матерії та інші.
Оскільки темна матерія не взаємодіє з випромінюванням, астрофізики що неспроможні вивчати її звичними методами. Тому вони шукають альтернативних способів. Міжнаціональна група вчених European Pulsar Timing Array використовує для пошуку темної матерії мілісекундні пульсари. Вони збирають дані майже чверть століття.
Спостерігаючи за таймінгом сигналів, що надходять від цих космічних «маяків», група намагається оцінити щільність ультралегких частинок темної матерії. Якщо вона існує, то має спотворювати час між спалахами пульсарів. У новій роботі вчені проаналізували вже другий набір даних спостережень від шести європейських радіотелескопів. Результати дослідження опубліковані у Physical Review Letters.
«Ідея [дослідження] з’явилася, коли я запитав мого куратора, чи можу я продовжити дослідження у сфері гравітаційних хвиль, але з погляду фізики елементарних частинок. Головною метою цього проекту було накласти обмеження на існування так званої ультралегкої темної матерії у нашій Галактиці», — пояснює Клемент Смарра, один з авторів нової наукової роботи.
Завдяки більш тривалим і точним даним спостережень вченим вдалося визначити, що гіпотетичні ультралегкі частинки з масою від 10-24.0 до 10-23,3 електронвольта не можуть становити всю темну матерію на околицях Чумацького Шляху.
Модель холодної темної матерії успішно пояснює багато аспектів масштабної структури Всесвіту, але не так добре працює на відстанях менше за кілопарсек. Наприклад, згідно зі спостереженнями, щільність темної матерії всередині галактик постійна, а за моделлю — змінюється від центру до країв. Інша відома проблема — «неправильна» кількість галактик-супутників у Чумацького Шляху.
Автори дослідження сподіваються, що подальші спостереження за поведінкою сигналів пульсарів дозволять нам ще більше дізнатися про природу темної матерії. Але вже зараз це джерело випромінювання переконливо показало, що загадку темної матерії точно не можна дозволити лише за рахунок її гіпотетичних ультралегких частинок.