Ciemna materia nie taka ciemna. Taki ślad będziemy mogli wykryć

Głównym problemem stojącym przed naukowcami jest fakt, iż ciemna materia nie wchodzi w interakcje ze światłem, przez co nie jesteśmy w stanie sprawdzić, z czego tak naprawdę się składa. Jak na razie jesteśmy w stanie wnioskować o jej obecności jedynie z interakcji grawitacyjnych między materią zwyczajną i ciemną.

W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku "Physics Letters B: naukowcy przekonują jednak, że promieniowanie emitowane przez odległe obiekty kosmiczne i przeciskające się przez obszary bogate w ciemną materię może nabierać delikatnego zabarwienia na czerwono lub niebiesko. Naukowcy z University of York wyliczyli, że fotony mogą bardzo słabo rozpraszać się na cząstkach ciemnej materii poprzez pośrednie oddziaływania. To efekt zbyt subtelny dla obecnych instrumentów, ale potencjalnie uchwytny przez kolejną generację ultraczułych obserwatoriów.

Autorzy opracowania przekonują, że choć ciemna materia nie wchodzi w bezpośrednią interakcję ze światłem, może „nawiązywać z nimi relacje” pośrednio przez cząstki, które „znają” obie strony (materię zwyczajną i ciemną), np. przez bozon Higgsa. Takie powiązanie mogłoby pozostawiać minimalny ślad w widmie lub polaryzacji światła.

Zespół kierowany przez Michaiła Baszkanowa przeprowadził pierwsze szczegółowe obliczenia siły rozpraszania fotonów na ciemnej materii. Wynik: w rejonach bogatych w cząstki WIMP światło traciłoby najpierw bardziej energetyczne, niebieskie fotony, co dawałoby lekkie przesunięcie ku czerwieni.

Odwrotny skutek model wskazuje dla ciemnej materii oddziałującej wyłącznie grawitacyjnie: dochodziłoby do preferencyjnego rozpraszania fotonów w sposób skutkujący mikroskopijnym przesunięciem ku niebieskiemu. W obu przypadkach mowa o interakcjach niezwykle słabych, ale nienulowych.

Konsekwencją byłyby subtelne deformacje widm odległych obiektów. Poświata obserwowanych przez badaczy galaktyk może zatem w jednym miejscu być dosłownie o włos bardziej czerwona lub niebieska, zależnie od typu ciemnej materii, przez którą przechodzi jej promieniowanie w drodze do Ziemi. Taki efekt – jeśli da się go uchwycić – pomógłby rozwiązać kwestię tego, z jakich cząstek składa się ciemna materia.

Na rozwiązanie tej zagadki tą metodą musimy jednak jeszcze poczekać. Do weryfikacji powyższych założeń potrzebne będą teleskopy o wyjątkowej czułości widmowej i polarymetrycznej, takie jak Ekstremalnie Duży Teleskop czy Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman. Potwierdzenie przewidywań otworzyłoby nową ścieżkę obserwacyjną do jednej z największych zagadek kosmologii.