Еще в 1930-х годах физики начали подозревать, что в космосе должно быть значительно больше массы, чем мы можем это наблюдать с Земли. И считающееся действительным и по сей день доказательство этого предоставили исследования Веры Рубин, проводившиеся в 1965 году: эта американский астроном и ее коллеги пришли к выводу, что орбитальные скорости звезд на краю спиральных галактик совершенно не совпадают со скоростями, которые следовало бы от них ожидать. На самом деле, эти звезды должны были бы кружить по своим орбитам намного медленнее, чем они это делают на самом деле. А это, в свою очередь, должно означать лишь одно: в галактиках должно быть значительно больше массы, чем мы это можем наблюдать.
Тот факт, что во вселенной должно существовать нечто, похожее на темную материю, показывают орбитальную скорости звезд на краю спиральных галактик (на рисунке NGC 1055 в южном созвездии Кита). Скорости эти намного быстрее, чем можно было бы ожидать только в видимой материи. Фото: APA/AFP/European Southern Observatory
За последующие годы теоретически удалось довольно точно просчитать эту «отсутствующую» материю - и полученные цифры оказались грандиозными: во вселенной масса этой «темной материи» превосходит по количеству и объемам видимую материю примерно в пять раз. Но вот из чего может состоять такая темная материя, до сих пор совершенно неясно, хотя и существует множество моделей для объяснения столь массивного дефицита материи в космосе.
Например, у многих астрофизиков после самого первого в истории обнаружения гравитационных волн в результате столкновения черных дыр в 2015 году появилась надежда, что именно черные дыры, образовавшиеся в первые несколько секунд существования космоса, как раз и могут объяснить эту недостающую массу. Тем не менее, исследование, результаты которого были опубликованы в прошлом году, не дало никаких подтверждений этой гипотезы.
Загадочный нейтронный распад
Другая гипотеза о природе темной материи была основана на несоответствии нейтронного распада, которое уже на протяжении многих лет присутствует в результатах постоянных измерений. В основе этой гипотезы лежит тот факт, что два разных метода измерения времени жизни нейтронов дают совершенно разные результаты. Это и стало причиной того, что некоторые ученые предположили, будто какая-то часть нейтронов распадается на темную материю, то есть на неизвестные частицы, которые нами еще не могут быть обнаружены.
В атомном ядре нейтроны обычно остаются стабильными. Однако, не связываясь с другими частицами, они распадаются уже через несколько минут на протоны, электроны и нейтрино. Среднее время жизни таких свободных нейтронов может быть измерено двумя способами: «Либо вы пытаетесь удержать нейтроны и через некоторое время подсчитываете, сколько их еще осталось. Или вы ищите продукты распада и подсчитываете общее количество распадов», - объясняет Хартмут Абеле из Атомного института Венского технического университета.
Различная продолжительность жизни
Однако результаты этих двух методов не совпадают. При одном из них средний срок жизни нейтрона составляет 879 секунд, при другом - 888 секунд. И такую, причем довольно существенную разницу можно объяснить дополнительным, ранее неизвестным типом нейтронного распада.
Для исключения возможных ошибок Абеле и его команда повторно проанализировали большие объемы данных высокоточных нейтронных экспериментов и провели дополнительные эксперименты - но при этом темная материя обнаружена так и не была, о чем они и сообщили в журнале Physical Review Letters. В своей статье исследователи пишут, что могут определенно исключить 95 процентов энергетического диапазона, в котором теоретически может скрываться темная материя.
«Таким образом, эта теория представляется крайне маловероятной. Поэтому мы считаем: гораздо более вероятно, что расхождения между различными методами измерения времени жизни нейтронов все же связаны с систематическими ошибками, которые ранее просто были неправильно поняты и интерпретированы», - заявила Абеле.
-1
