Нове астрофізичне дослідження вказує на існування невідомого впливу

Результати дослідження розподілу водню у Всесвіті підкріплюють існування нового фізичного ефекту, можливо від частинки, яка ніколи раніше не спостерігалася.

Про це розповідають в Каліфорнійському університеті в Ріверсайді, передають OstanniPodii.com.

Дослідники скористалися "лісом Лайман-альфа" -- потужним інструментом для картографування розподілу водню у Всесвіті -- і, опосередковано, темної матерії. "Ліс" -- серія ліній поглинання в спектрах далеких квазарів і галактик -- названий так тому, що на графіках він виглядає як густий клубок саджанців. Для аналізу цього лісу вчені використовували нову модель і симуляції, які дозволили їм реконструювати розподіл матерії, в тому числі темної матерії, у величезній частині Всесвіту.

Опубліковане в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, дослідження підтверджує "напруженість" або розбіжність між спостереженнями та теоретичними прогнозами про Всесвіт, що свідчить про можливе існування нової частинки.

Симеон Берд, доцент кафедри фізики та астрономії й старший автор дослідження, пояснив, що кожен з піків на графіку розподілу довжин хвиль, який спостерігався в лісі Лайман-альфа, являє собою раптове падіння "світла" на певній вузькій довжині хвилі, що слугує "картою" матерії, з якою світло зіткнулося на своєму шляху до нас.

"Це чимось схоже на театр тіней, де ми за силуетом вгадуємо персонаж, що розміщений між світлом та екраном", - каже він. "Тінь" водневих молекул, підвішених на величезних відстанях між нами та світлом, що проєктується інтенсивними джерелами світла ще далі, добре відома астрофізикам".

Використовувані зображення називаються спектрограмами, пояснює Берд. Вони являють собою розкладання світла.

"Це схоже на дуже дрібнозернисту веселку", - каже Берд. Коли сонячне світло проходить крізь призму (або краплю води), воно розкладається на свої "інгредієнти" -- кольори веселки. У спектрограмах світла, що надходить від космічних джерел, таких як квазари, відбувається таке ж розщеплення, але майже завжди деякі частоти пропадають, їх видно у вигляді чорних смуг, де світло відсутнє, наче щось відкинуло тінь.

"Це атоми та молекули, з якими світло зіткнулося на своєму шляху", - каже Берд. "Оскільки кожен тип атома має специфічний спосіб поглинання світла, залишаючи своєрідний підпис у спектрограмі, можна простежити їхню присутність, особливо це стосується водню, найпоширенішого елемента у Всесвіті".

За словами Берда, водень корисний тим, що є своєрідним детектором темної матерії.

"Ми досі не знаємо, що таке темна матерія, і ніколи її не бачили, але ми впевнені, що вона існує у великій кількості -- більшій, ніж звичайна матерія", - сказав він.

Коли Берд і його колеги скористалися воднем для непрямого відстеження темної матерії, вони виявили, що це схоже на "вливання барвника в потік води".

"Барвник піде туди, куди рухається вода", - сказав Берд. "Темна матерія тяжіє, тому вона має гравітаційний потенціал. Водневий газ прямує до неї, і використовується як індикатор темної матерії. Там, де він щільніший, там більше темної матерії. Можна уявити водень як барвник, а темну матерію -- як воду".

Робота Берда та його колег виходить за рамки простого моніторингу темної матерії. Сучасні дослідження космосу повідомляють про деякі так звані "напруження" або розбіжності між спостереженнями й теоретичними прогнозами.

"Одним з поточних напружень є кількість галактик на малих масштабах і з низьким червоним зсувом", - говорить Берд. "Всесвіт з низьким червоним зсувом -- це той, що знаходиться відносно близько до нас. Наразі існує дві гіпотези, які пояснюють розбіжність між спостереженнями та очікуваннями: по-перше, існує новий фізичний ефект, такий як ніколи раніше не бачена частинка, або, по-друге, щось дивне відбувається з надмасивними чорними дірами всередині галактик. Чорні діри якимось чином гальмують ріст галактик і псують наші розрахунки структури".

Берд застерігає, що напруженість ще не досягла того рівня впевненості, який необхідний для того, щоб стверджувати про виявлення.

"Це ще не зовсім переконливо", - зауважує Берд. "Але якщо це підтвердиться в наступних наборах даних, то набагато ймовірніше, що це буде нова частинка або якийсь новий тип фізики, а не чорні діри, які псують наші розрахунки".