Астрономи вже десятиліттями намагаються пояснити дивну аномалію: у Чумацькому Шляху зафіксовано невелике, але стабільне надлишкове випромінювання у далекому ультрафіолеті. Воно не вписується в жодну з відомих моделей — і довгий час залишалося однією з тих загадок, які просто «існують у даних» без переконливого пояснення.
Проблема ускладнюється тим, що джерела цього світіння не видно. Астрономи вже врахували внесок сотень мільярдів зір, розсіювання світла міжзоряним пилом і навіть фонові ефекти. Проте частина ультрафіолетового сигналу все одно залишається зайвою — ніби щось у самій галактиці тихо світиться, але не має очевидного походження.
Ця невидима складова може бути пов’язана з однією з найбільших загадок сучасної космології — темною матерією. Вважається, що вона становить приблизно чверть маси Всесвіту, але досі жоден експеримент не зміг зафіксувати її напряму. Вона проявляє себе лише через гравітацію, впливаючи на рух зір і структуру галактик.
Однак деякі теоретичні моделі припускають, що темна матерія може бути складнішою, ніж здається. Одна з гіпотез описує її у вигляді так званих аксіонних кваркових «нуджів» — надщільних об’єктів, що складаються з кварків і можуть бути пов’язані з гіпотетичними частинками аксіонами. У такій формі темна матерія поводилася б як холодна і майже невидима субстанція, але в окремих випадках могла б взаємодіяти зі звичайною матерією.
Саме в цих взаємодіях і може ховатися ключ до загадкового світіння. Якщо такі об’єкти стикаються з баріонною матерією — тобто звичайними атомами, з яких складаються зірки, планети і ми самі — можуть виникати процеси анігіляції або перетворення енергії, що супроводжуються випромінюванням світла, зокрема в ультрафіолетовому діапазоні.
Дослідник з Каліфорнійського університету в Берклі Майкл Секатчев звернув увагу на те, що така модель потенційно може пояснити надлишкове випромінювання, зафіксоване ще місією NASA Galaxy Evolution Explorer (GALEX). Її спостереження показали рівномірний ультрафіолетовий фон, який не збігається з розташуванням яскравих зоряних регіонів і не схожий на звичайне розсіяне зоряне світло. Дослідження опубліковано в журналі «Journal of Cosmology and Astroparticle Physics»
Ще більш дивним є те, що подібний сигнал фіксували й інші місії, зокрема поза межами безпосередньої близькості до Землі. Це виключає локальні джерела — атмосфери планет, Сонячну систему чи інструментальні похибки. Крім того, розподіл випромінювання виявився надто рівномірним, щоб бути просто «шумом» від невиявлених зір.
У своїх роботах дослідники припускають, що така структура сигналу може бути наслідком взаємодії темної матерії зі звичайною речовиною по всій галактиці. Якщо темна матерія дійсно має складну структуру, її рідкісні зіткнення з атомами могли б створювати слабке, але стабільне світіння.
Команда Секатчева змоделювала, як би виглядало таке випромінювання, якщо припустити певний розподіл темної матерії в Чумацькому Шляху. Результати виявилися несподівано близькими до реальних даних GALEX та інших місій, включно з New Horizons, яка також фіксувала подібний ультрафіолетовий фон.
Втім, навіть якщо модель працює в симуляціях, це ще не означає, що вона відображає реальність. Дослідники визнають, що альтернативні пояснення — від невідомих астрофізичних процесів до складних ефектів міжзоряного середовища — також залишаються можливими.
Однак сама ідея того, що темна матерія може залишати після себе не лише гравітаційний слід, а й слабке випромінювання, робить цю гіпотезу особливо цікавою. Якщо вона підтвердиться, це означатиме, що «невидима» частина Всесвіту все ж має свій спосіб проявлятися — просто дуже тихо, майже непомітно, як фонове світло, яке ми довго не могли пояснити.