Земля может плыть через океан тёмной материи, а волны в этом невидимом океане, омывающие верхние слои атмосферы нашей планеты, могут генерировать обнаруживаемые радиоволны, которые позволят наконец обнаружить этот неуловимый компонент Вселенной.
Множество астрофизических и космологических свидетельств указывают на существование тёмной материи — от необъяснимых кривых вращения некоторых галактик до роста крупнейших структур во Вселенной. Попытки объяснить это широкое разнообразие наблюдений с помощью альтернативных формулировок гравитации потерпели неудачу, поэтому подавляющее большинство астрономов считают, что тёмная материя — это некая неизвестная форма материи, которая лишь изредка взаимодействует со светом или с обычной материей.
Но это очень широкая идея, которая охватывает множество моделей. Тёмная материя может состоять из массивных частиц, но поиски таких частиц оказались пустыми. Поэтому интригующей альтернативой является то, что тёмная материя исключительно лёгкая, либо в форме теоретических частиц, известных как «аксионы», либо как экзотическая форма фотона, которая имеет малую массу.
При такой невероятной лёгкости — в миллионы раз легче самых лёгких известных частиц — тёмная материя может вести себя очень странным образом. В частности, вместо того, чтобы выглядеть как отдельные точечные всплески, темная материя будет вести себя скорее как большие волны в космосе.
В недавнем исследовании физики исследовали модели сверхлёгкой тёмной материи, которая «не была полностью тёмной, что позволяло ей крайне редко взаимодействовать с обычной материей». Большую часть времени эти взаимодействия едва регистрировались, не производя ничего обнаруживаемого. Но в редких случаях тёмная материя и обычная материя взаимодействовали достаточно, чтобы произвести значительное количество радиоволн.
Источник: NASA Goddard
Это происходит, когда тёмная материя столкнется с плазмой и когда частота волн тёмной материи выстроится в линию с частотой плазменных волн. Когда это произойдёт, возникнет резонанс, усиливающий взаимодействие и производящий излучение в форме радиоволн, предполагают модели команды.
Все звёзды выбрасывают плазму в космос в виде звёздного ветра, поэтому теоретики уже исследовали возникновение радиоволн из-за взаимодействия тёмной материи с такими средами, как солнечная корона или межзвёздная среда. Но в новом исследовании учёные обнаружили точку взаимодействия гораздо ближе: ионосферу нашей планеты.
Ионосфера Земли — это тонкий, горячий слой верхней атмосферы, состоящий из набора ионизированных (заряженных) частиц — плазмы. В ней естественным образом образуются волны флуктуаций, и исследователи обнаружили, что эти волны могут взаимодействовать с волнами гипотетической тёмной материи, которая может словно омывать Землю.
Радиоволны, создаваемые этим взаимодействием, едва ли поддаются обнаружению. Но исследователи обнаружили, что, используя тщательно настроенную радиоантенну для поиска определённой частоты радиоволн в течение года, они могут обнаружить эти волны.
Эта идея особенно многообещающа, поскольку ионосфера Земли предлагает несколько преимуществ по сравнению с другими источниками радиоволн, производимых тёмной материей. Во-первых, ионосфера естественным образом отражает множество радиоволн из более глубокого космоса, что делает её относительно свободной от загрязняющих сигналов. Во-вторых, ионосфера находится прямо над нами, легкодоступна и уже является предметом постоянного мониторинга и изучения.
Это отдалённый план. Эта форма тёмной материи весьма теоретическая, и потребуются годы, если не десятилетия, чтобы усовершенствовать технику наблюдения для поиска этих радиоволн. Но если это сработает, то это будет «золотая жила», позволяющая изучать один из самых загадочных элементов во Вселенной прямо над нами.