Первые ограничения на распад тёмной материи в гравитоны получены с помощью космических нитей

Тёмная материя составляет около 85% всей массы Вселенной — и при этом никогда не была непосредственно зафиксирована. Единственное её влияние, которое мы умеем измерять, — гравитационное воздействие на видимое вещество. Но если тёмная материя всё же распадается на другие частицы, этот процесс должен оставлять след в наблюдаемом излучении. Международная группа под руководством Дэвида Дански из Нью-Йоркского университета впервые применила наблюдения за космическими нитями для постановки ограничений на один из таких сценариев — распад тёмной материи в гравитоны. Исследование опубликовано в *Physical Review D*. Ранее pronedra.ru рассказывала о проверках теорий тёмной материи.

Гравитоны как продукт распада

Гравитоны — гипотетические квантовые переносчики гравитационной силы. Их никто не наблюдал напрямую, но их существование предсказывается рядом теорий. Если частицы тёмной материи способны самопроизвольно распадаться на гравитоны на космологических временных масштабах, эти гравитоны должны создавать измеримый сигнал.

Механизм, который позволяет его обнаружить, называется эффектом Герценштейна: гравитоны, проходя через достаточно сильное магнитное поле, частично преобразуются в фотоны — видимые нам гамма-кванты. Именно эти фотоны и ищут исследователи.

Почему нити, а не центр галактики

Большинство поисков тёмной материи направлено в сторону плотного центра Млечного Пути. Команда Дански выбрала другой объект — космическую сеть (паутину), гигантские нити из тёмной материи и газа, связывающие галактики. У такого выбора есть принципиальное преимущество:

• нити занимают огромный объём пространства — около 40% от всего объёма Вселенной;
• в них присутствуют магнитные поля с напряжённостью порядка 10–100 нГс и когерентной длиной в мегапарсеки;
• сигнал от нитей не перекрывается плотным фоном, характерным для галактического центра;
• конверсия гравитонов в фотоны в таких условиях предсказуемо проявляется как добавка к внегалактическому гамма-фону.

Метод и результат

Исследователи рассчитали теоретический поток фотонов от такой конверсии и сравнили его с данными гамма-телескопа Fermi-LAT. Поскольку избыточного сигнала обнаружено не было, учёные использовали само это отсутствие как ограничение: распад тёмной материи в гравитоны должен происходить не быстрее определённой скорости (то есть время жизни частицы должно превышать определённый порог) — в зависимости от массы частицы.

Это первые прямые экспериментальные ограничения на данный сценарий, полученные методами косвенного детектирования. Примечательно, что подход не требует никакой «новой физики» помимо самого предположения о распаде: конверсия гравитон → фотон описывается стандартными уравнениями электродинамики.

В перспективе планируемый преемник Fermi-LAT — Advanced Particle-astrophysics Telescope (APT) — способен улучшить полученные ограничения примерно в 10 раз.