Частицы с "переменной" массой могут входить в состав темной материи

Темная материя - гипотетическое вещество, которое проявляет себя исключительно через гравитационное взаимодействие с галактиками, внося искажения в их движение. Частицы темной материи не взаимодействуют с какими-либо видами электромагнитного излучения, а потому не могут быть зафиксированы во время непосредственных наблюдений. На долю темной материи приходится около 23% массы Вселенной, в то время как "обычная" материя составляет лишь около 4% массы - все остальное приходится на не менее загадочную темную энергию.

Космологическая стандартная модель базируется на предположении, что гравитация, действовавшая на небольшие колебания плотности, возникшие после Большого взрыва, создала первые скопления темной материи, которые, разрастаясь, породили структуры, давшие начала скоплениям галактик. Большинство астрономов полагает, что каждая галактика обрамлена "поясом" - гало - из темной материи (темным гало), которая не дает звездам и другим сгусткам материи разбежаться.

В последнее время накопились экспериментальные данные, не укладывающиеся в эту модель. В частности, на сегодняшний день может быть обнаружено примерно в 30 раз меньше темных гало малой массы, которые являются основой для формирования карликовых галактик, чем предсказывает модель. Кроме того, из модели следует, что плотность темной материи в центре гало стремится к бесконечности, образуя на соответствующем графике так называемый касп (от англ. cusp — острый выступ), в то время как во Вселенной каспы не обнаруживаются.

Гипотеза Медведева позволяет объяснить эти несоответствия. Ученый впервые рассмотрел вопрос о существовании в составе темной материи движущихся со скоростями много меньше скорости света частиц с так называемыми смешанными массовыми состояниями. Частицей со смешанными состояниями в квантовой механике называют частицу, комбинация отдельных свойств которой, в данном случае массы, в тот или иной момент времени определяется вероятностью; это не набор свойств в обычном представлении.

Если такие частицы существуют, то массовые состояния будут двигаться с разной скоростью и разбегутся друг от друга. "И если в то время, когда эти состояния находятся в разных местах, произойдет взаимодействие, например, рассеяние в результате столкновения с другой частицей, то вследствие него создадутся все три состояния", - отметил автор гипотезы, слова которого приведены в сообщении. Медведев пояснил, что при этом произойдет переход из одного состояния во все остальные. Но если частицы темной материи как минимум двухкомпонентны, и при этом возможны их столкновения, то теоретическое количество темных гало значительно уменьшается, приближаясь к наблюдаемому, а профиль плотности центра галактик получается значительно более плоским, без каспов.

"Это не какие-то известные нам частицы, это что-то новое", - пояснил Медведев. Стандартную космологическую модель в таком случае "придется корректировать", сказал он.

По словам Медведева, его гипотеза позволяет наметить возможные новые пути поиска состава темной материи, который пока не известен.

Один из таких путей – изучение распределения галактик по массе, пояснил ученый. Новая гипотеза предсказывает, что галактик с массой меньше, чем десять миллиардов масс Солнца, должно быть меньше, чем следует из стандартной космологической модели. Проверить новую гипотезу можно будет и в земных условиях. "Сейчас проводятся эксперименты по обнаружению частиц темной материи, но результат пока нулевой", - сказал ученый. Он пояснил, что надо изменить существующие методы статистической обработки результатов экспериментов, поскольку они могут "отсекать" возможные следы темной материи. "Может быть, мы уже наблюдали (темную материю), но еще об этом не знали", - сказал Медведев. "Надо расширить параметры поисков, чтобы найти то, что нужно. В моем предположении есть четкие указания, какие будут эффекты в экспериментах, на что нужно смотреть", - подчеркнул ученый.

Медведев отметил, что в состав темной материи могут входить и другие частицы.