Верхні шари атмосфери Землі можуть містити відсутній фрагмент Всесвіту

Згідно з новими теоретичними дослідженнями, Земля може плавати крізь океан темної матерії — і хвилі в цьому невидимому океані, що плескаються про верхні шари атмосфери нашої планети, можуть генерувати радіохвилі, які можна виявити, що дозволить нам нарешті знайти цей невловимий компонент Всесвіту.

Велика кількість астрофізичних і космологічних доказів вказує на існування темної матерії, від незрозумілих кривих обертання деяких галактик до зростання найбільших структур у Всесвіті. Спроби пояснити це широке розмаїття спостережень альтернативними формулюваннями гравітації зазнали невдачі, тому переважна більшість астрономів вважає, що темна матерія — це якась невідома форма матерії, яка рідко взаємодіє зі світлом або нормальною матерією.

Але це дуже широка ідея, яка охоплює багато можливостей. Темна матерія може складатися з масивних частинок, але пошуки таких частинок здебільшого виявилися марними. Отже, інтригуюча альтернатива полягає в тому, що темна матерія є виключно легкою, або у формі теоретичних частинок, відомих як «аксіони», або як екзотична форма фотона, який несе трохи маси.

Завдяки такій неймовірній легкості — у мільйони разів легшій за найлегші відомі частинки — темна матерія може діяти дуже дивним чином. Зокрема, замість того, щоб виглядати як окремі точкові кулі, темна матерія поводилася б більше як великі хвилі, які хлюпають навколо космосу.

У недавньому дослідженні, опублікованому на сервері препринтів arXiv, фізики досліджували моделі надлегкої темної матерії, яка не була повністю темною, що дозволяло їй дуже рідко взаємодіяти зі звичайною матерією. У більшості випадків ці взаємодії майже не реєструються, не даючи нічого помітного. Але в рідкісних випадках темна і звичайна матерія взаємодіяли настільки, що створювали значну кількість радіохвиль.

Це станеться, коли темна матерія стикається з плазмою і коли частота хвиль темної матерії збігається з частотою плазмових хвиль. Коли це станеться, виникне резонанс, який посилить взаємодію та створить випромінювання у формі радіохвиль, припускали моделі команди.

Плазма для Всесвіту не чужа — усі зірки викидають плазму в космос у вигляді зоряного вітру — тому теоретики вже досліджували виробництво радіохвиль через темну матерію, яка взаємодіє з такими середовищами, як сонячна корона чи міжзоряне середовище. Але в цьому новому дослідженні вчені виявили точку взаємодії набагато ближче до дому: іоносферу нашої планети.

Іоносфера Землі — це тонкий гарячий шар верхньої атмосфери, що складається з пухкої сукупності іонізованих (заряджених) частинок — плазми. Природно, через нього проходять хвилі, і дослідники виявили, що ці хвилі можуть взаємодіяти з хвилями гіпотетичної темної матерії, яка може омити Землю.

Радіохвилі, створені цією взаємодією, ледь помітні. Але дослідники виявили, що використовуючи ретельно налаштовану радіоантену для пошуку певної частоти радіохвиль протягом року, вони могли б виявити ці хвилі.

Ця ідея є особливо багатообіцяючою, тому що іоносфера Землі має ряд переваг перед іншими джерелами радіохвиль, створених темною матерією. По-перше, іоносфера природним чином відбиває багато радіохвиль із глибокого космосу, що робить її відносно позбавленою сигналів забруднення. По-друге, іоносфера знаходиться прямо над нами, легкодоступна, і вже є предметом постійного моніторингу та вивчення.

Це далекий шанс. Ця форма темної матерії є високотеоретичною, і знадобляться роки, якщо не десятиліття, щоб вдосконалити техніку спостереження для пошуку цих радіохвиль. Але якщо це спрацює, це буде золота жила, що дозволить нам вивчати один із найзагадковіших елементів у Всесвіті прямо на нашому космічному порозі.