Астрофизики изучили спектры излучения от далеких квазаров. Данные о поглощении света молекулярными газовыми облаками совпадают с предсказаниями модели, описывающей темные фотоны.
Плотные газовые облака во Вселенной поглощают часть свет от далеких квазаров, создавая линии в спектрах излучения. При этом в зависимости от состава вещества в этих облаках поглощаются волны с определенной длиной. Анализируя ширину этих линий, исследователи могут извлечь информацию о плотности, температуре и других характеристиках облаков.
Свет от далекого квазара проходит через области плотного газа (фиолетового цвета) в межгалактической среде. Газ поглощает свет на определенных частотах, что приводит к «лесу» линий поглощения в спектрах квазара (зеленый). Изображений: P. Gaikwad/Kavli Institute for Cosmology, Cambridge
Данные о поглощении света линией Лаймана-альфа для водорода совпадают с моделированием на основе классических представлений о составе молекулярного газа во Вселенной. Но есть исключение: для относительно близких газовых облаков. Наблюдения показывают, что эти облака с малым красным смещением производят более широкие линии поглощения, чем предсказывалось.
Расширение линий поглощений связано с нагревом облаков. Исследователи полагают, что это связано с воздействием темных фотонов. Это гипотетические безмассовые частицы, которые представляют собой аналог фотонов для темной материи.
Этот темный фотон может добавлять в систему небольшое количество энергии и нагревать газ, [что делает] линии немного шире и лучше согласуется с данными.
Андреа Капуто, исследователь из ЦЕРНа и соавтор работы
Теория темных фотонов предполагает, что частицы могут самопроизвольно превращаться в нормальные фотоны. Вероятность такого преобразования мала, но превращения могут быть ускорены при попадании темных фотонов в ионизированный газ, удовлетворяющий условию резонанса.
Моделирование ученых показало, что темные фотоны с чрезвычайно малой массой около 10-14 эВ/ c 2 (примерно в 10 19 раз меньше массы электрона) могли бы резонансно преобразовываться в фотоны в облаках Лайман-альфа с малым красным смещением. Это преобразование введет в газ от 5 до 7 эВ энергии на атом водорода. Этого достаточно, чтобы объяснить наблюдения.
Ученые работают над дополнительными экспериментами, которые позволят подтвердить эту гипотезу и отклонить возможные альтернативные объяснения наблюдаемого нагрева газа в молекулярных облаках.
