Тёмная материя остаётся одной из самых сложных загадок современной физики. Астрономы уверены в её существовании, ведь масса невидимой субстанции многократно превосходит массу обычных звёзд и газа, а именно она формирует гравитационный «каркас» галактик. Но при этом никто до сих пор не смог определить, из чего именно состоит эта скрытая доля Вселенной .
Одним из наиболее обсуждаемых кандидатов на роль частиц тёмной материи давно считаются аксионы — настолько лёгкие и слабо взаимодействующие с привычными формами вещества, что их не удавалось зафиксировать даже в самых чувствительных лабораториях. Команда исследователей из Копенгагенского университета предложила необычный путь поиска: вместо наземных установок они использовали крупнейшие космические структуры — скопления галактик.
Скопления представляют собой гравитационно связанные системы, вмещающие сотни галактик, обладающие массой, в квадриллион раз превышающей массу Солнца, и пронизанные протяжёнными магнитными полями. Именно эти поля учёные использовали как «детектор». Теоретически фотоны, проходящие через такие регионы, могут преобразовываться в аксионы и затем снова превращаться в свет. Следы этих переходов можно заметить в излучении ярких источников, находящихся за скоплениями.
Для проверки гипотезы исследователи выбрали 32 объекта, среди которых были активные галактики с чёрными дырами в центрах, испускающие мощные потоки высокоэнергетического света. Отдельные наблюдения выглядели как бессмысленный шум. Однако после объединения данных от всех источников возник характерный ступенчатый узор — именно такой предсказывают модели в случае превращения фотонов в аксионы и обратно.
Результат не означает, что аксионы найдены, но он серьёзно сокращает пространство их возможных свойств. Учёным удалось исключить целые диапазоны параметров, а значит, зона поиска сужается. Кроме того, сам метод можно повторять для других участков спектра — не только для гамма-излучения, но и для рентгеновских лучей или видимого света. Если будущие наблюдения подтвердят сигнал, это станет фундаментальным шагом: аксионы смогут объяснить «невидимую массу», удерживающую галактики, и решить почти вековую задачу о природе тёмной материи.