Международная группа ученых под руководством астрофизиков из Университета Гонконга выяснила, что квазары, подвергаемые гравитационному линзированию, могут подсказать природу темной материи. Согласно результатам, о которых сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, аномалии в искривлении изображений далеких объектов связаны с легкими аксионами.
В настоящее время ведущими кандидатами на роль темной материи являются слабовзаимодействующие массивные частицы либо легкие аксионы, которые занимают противоположные положения в ряде масштабов масс и лежат в основе конкурирующих гипотез. Обе разновидности частиц должны вести себя по-разному: тяжелые частицы больше похожи на дискретные частицы (ϱDM), тогда как для аксионов характерно волновое поведение (ψDM). Ученые предположили, что возможно провести наблюдения, которые позволят определить, является ли темная материя дискретной или волновой.
Поскольку темная материя способна взаимодействовать с обычной материей через гравитацию, ее присутствие в далеком космосе обнаруживается с помощью гравитационного линзирования. Это явление возникает, когда массивное тело, в данном случае скопления темной материи среди галактик, искривляет траектории фотонов от более далеких объектов. На изображениях, полученных телескопами, линзирование выражается в изменении яркости, формы или даже количества более далеких галактик или квазаров.
По степени линзирования можно определить распределение и количество темной материи, которая образует гало вокруг галактик или галактических скоплений, служащих гравитационной линзой. Однако в новой работе ученые показали, что на изображение фоновых объектов, располагающихся за линзой, также должна влиять сама природа темной материи. Модели дискретной темной материи предсказывают, что должны быть обнаружены аномалии в яркости и расположении линзируемых объектов, а модели ψDM, в свою очередь, предсказывают аномалии, которые выбиваются из картины, предсказываемой моделями ϱDM.
Исследователи провели ряд тестов по воспроизведению необычного изображения квазара HS 0810+2554, возникшего из-за квадрупольной гравитационной линзы. Квадрупольные линзы обычно дают четыре копии изображения, однако в данном случае их возникло только три. Оказалось, что модель ψDM соответствует всем аспектам наблюдаемой картины, тогда как модель ϱDM часто дает отклонения. Авторы заключают, что полученный ими результат благоприятствует модели волновой темной материи с аксионами.