Длительное изучение временных характеристик сигналов, исходящих от пульсаров, позволило установить предел на количество ультралегких частиц темной материи. Полученные сведения указывают на то, что эти частицы не могут полностью составлять темную материю в Млечном Пути.
Природа тёмной материи остаётся одним из ключевых нерешённых вопросов в современной астрофизике. Множество наблюдений и расчётов свидетельствуют о наличии «невидимого» вещества, которое взаимодействует с привычной барионной материей исключительно посредством гравитации. К таким свидетельствам относятся аномально высокая скорость вращения внешних областей галактических дисков, движение скоплений галактик, анализ реликтового излучения, колебания плотности барионной материи и другие явления.
Поскольку темная материя не взаимодействует с излучением, астрофизики лишены возможности ее исследовать с использованием стандартных подходов. В связи с этим они разрабатывают альтернативные методы. Межнациональная группа ученых European Pulsar Timing Array использует для поиска темной материи миллисекундные пульсары. Они собирают данные на протяжении почти четверти века.
Анализ временных интервалов сигналов, поступающих от этих космических «маяков», позволяет группе оценить концентрацию ультралегких частиц темной материи. В случае ее существования, она должна вызывать искажения во времени между «вспышками» пульсаров. В рамках новой работы ученые провели анализ второго набора данных наблюдений, полученных с шести европейских радиотелескопов. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.
«Задумка к [исследованию] возникла после консультации с научным руководителем, когда я поинтересовался возможностью проведения работ в области гравитационных волн, но с акцентом на физику элементарных частиц. Основной задачей этого проекта стало установление пределов для существования так называемой ультралегкой темной материи в нашей Галактике», — объясняет Клемент Смарра является одним из соавторов недавнего научного исследования.
Более длительные и точные данные наблюдений позволили исследователям установить, что гипотетические ультралегкие частицы обладают массой от 10 −24.0 до 10−23,3 электронвольт не могут составлять всю темную материю в окрестностях Млечного Пути.
Модель холодной темной материи успешно объясняет многие особенности крупномасштабной структуры Вселенной, однако испытывает трудности при описании явлений на расстояниях менее килопарсека. Так, например, наблюдения показывают, что плотность темной материи внутри галактик остается неизменной, в то время как модель предполагает ее изменение от центра к периферии. Другая известная проблема — «неправильное» количество галактик-спутников у Млечного Пути.
Ученые, проводившие исследование, выражают надежду, что продолжение изучения сигналов, исходящих от пульсаров, позволит углубить наши знания о природе темной материи. Однако, даже на данном этапе, этот источник излучения наглядно демонстрирует, что для решения вопроса о темной материи не стоит полагаться исключительно на гипотетические частицы с крайне низкой массой.