Открытие, совершённое группой физиков из Нидерландов, Украины и Швейцарии, может пролить свет на загадку тёмной материи. Обнаруженное ими космическое излучение укладывается в рамки гипотезы, согласно которой основу тёмной материи составляют стерильные нейтрино — элементарные частицы, существование которых не доказано, но вполне возможно.
Существование тёмной материи — вещества, обладающего массой, но при этом не взаимодействующего со светом, — практически необходимо для объяснения ряда астрофизических феноменов. Многочисленные наблюдения показывают, что галактики помимо видимых объектов содержат невидимое вещество огромной массы. Количественные оценки для тёмной материи сделаны по результатам измерения скоростей вращения галактик и гравитационным искажениям световых лучей.
На роль основного компонента тёмной материи предлагаются различные элементарные частицы, от хорошо известных барионов и лёгких нейтрино до экзотических частиц, существование которых требует пересмотра современных представлений о строении Вселенной. Компромиссной гипотезой является предположение о существовании стерильных нейтрино — частиц, не участвующих в слабом взаимодействии. Они, с одной стороны, хорошо объясняют свойства тёмной материи, а с другой — требуют минимальных допущений по сравнению со сформировавшейся на сегодняшний день моделью элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий. На возможность существования таких частиц физиков наводит тот факт, что все известные нейтрино обладают левой хиральностью, то есть их спины антинаправлены импульсам. Поэтому стерильные нейтрино обычно рассматриваются как правозакрученные.
В работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, Алексей Боярский, представляющий Институт теоретической физики имени Лоренца (Лейден, Нидерланды), Олег Ручайский из Федеральной политехнической школы Лозанны, Дмитрий Якубовский, представляющий киевский Институт теоретической физики имени Н. Н. Боголюбова и Киево-Могилянскую академию, и Ерун Франсе (Jeroen Franse) из Лейденского университета сообщили об излучении в рентгеновском диапазоне, источником которого являются галактика Андромеды и скопление Персея. Зарегистрированные фотоны имеют энергию 3,5 килоэлектронвольта, а их происхождение не поддаётся очевидному объяснению.
Однако при сопоставлении параметров излучения с гипотезой стерильных нейтрино оказывается, что полученные данные удовлетворяют положениям теории. При распаде нейтральных фермионов с массой меньше массы электрона (511 кЭв) образуется фотон, энергия которого равна половине энергии распадающейся частицы. Имеющиеся оценки массы для нейтральных частиц, которые могут составлять тёмную материю, указывают на диапазон от 300 эВ до 40 кЭв. Таким образом, предполагаемая частица массой 7 кЭв полностью соответствует гипотезе.
Более того, сам характер излучения указывает на то, что его источником может являться тёмная материя. Авторы работы провели измерение зависимости уровня сигнала от местоположения и выяснили, что интенсивность излучения падает при удалении от центра галактики. Это распределение аналогично оценке распределения тёмной материи, вычисленной путём наблюдения за скоростью вращения периферийных регионов галактик.
Пока рано делать выводы об открытии нового класса элементарных частиц и решении загадки тёмной материи. Тем не менее, сделанное открытие действительно может оказаться верным объяснением природы тёмной материи, и в случае подтверждения дальнейшими наблюдениями и расчётами способно претендовать на то, чтобы быть отмеченным Нобелевским комитетом.