Из чего состоит темная материя? Это один из самых важных вопросов современной астрономии. Мы знаем, что темная материя окружает нас, поскольку мы видим ее гравитационное влияние на все вокруг, начиная от звезд и заканчивая эволюцией Вселенной в целом, однако мы не знаем, что она собой представляет. Одна из возможностей состоит в том, что темная материя состоит из экзотических частиц, известных как аксионы, и в новом исследовании астрономы предприняли попытку ограничить свойства этих частиц, используя для этого черные дыры.
Ученым неизвестно, существуют ли на самом деле аксионы. Существование этих частиц было предложено для объяснения отсутствия нарушения симметрии, называемой CP-симметрией, в случае сильного ядерного взаимодействия в физике элементарных частиц, которое не укладывается в современные модели. Для того чтобы претендовать на роль частицы темной материи аксион должен иметь определенные свойства. Он не может слишком часто взаимодействовать с частицами нормальной материи и даже с другими аксионами. Кроме того, во Вселенной должно существовать огромное количество аксионов; эти частицы должны быть стабильными и долгоживущими.
Для наложения ограничения на свойства аксионов в новом исследовании ученые во главе с Винсентом Дежаком (Vincent Desjacques) использовали хорошо известное из наблюдений соотношение между массами центральной сверхмассивной черной дыры галактики и самой галактики. Предположив, что черная дыра на самом деле представляет собой ядро, состоящее из частиц темной материи аксионов, ученые смогли наложить важные верхние ограничения на массу аксионов, которые помогут при проведении будущих экспериментов и прямых поисков загадочных частиц темной материи.