Команда под руководством сотрудника Токийского столичного университета добилась успехов в поисках тёмной материи, наблюдая за галактиками с помощью новой спектрографической технологии и Магелланова телескопа. Точные измерения в инфракрасном диапазоне, проведённые всего за 4 часа наблюдений, позволили установить новые ограничения на время жизни тёмной материи. Полученные результаты подчёркивают исключительную полезность их технологии и расширяют поиск в менее изученных частях спектра.
На протяжении последнего столетия космологи сталкивались с очевидным несоответствием в том, что они видели во Вселенной. Например, наблюдения за вращением галактик указывают на то, что во Вселенной существует гораздо больше массы, чем мы можем видеть. Физики назвали эту «недостающую» массу «тёмной материей». Сложным поиск тёмной материи делает тот факт, что мы не только не можем её увидеть, но и не имеем чёткого представления о том, что именно мы ищем.
Теперь исследователи начали использовать новые модели и современные наблюдения, чтобы установить ограничения на свойства, которыми может обладать тёмная материя. Недавно группа учёных из Японии под руководством доцента Вена Йина из Токийского столичного университета использовала новую спектрографическую технику для наблюдения за светом, исходящим от двух галактик: Leo V и Tucana II. Они использовали 6,5-метровый Магелланов телескоп в Чили для сбора света, приходящего на Землю, уделяя пристальное внимание инфракрасной области спектра.
Команда сосредоточилась на перспективном кандидате в тёмную материю, аксионноподобной частице (axionlike particle, ALP), и рассмотрела, как она «распадается» и спонтанно излучает свет. Ведущие теоретические модели делают ближнюю инфракрасную часть спектра особенно перспективным местом для поиска. Однако в инфракрасной части электромагнитного спектра содержится огромное количество источников шума и помех. Например, зодиакальный свет, рассеяние солнечного света межзвёздной пылью и свет, излучаемый атмосферой, когда она нагревается солнцем.
Чтобы обойти эту проблему, в своей предыдущей работе они предложили новую методику, которая использует тот факт, что фоновое излучение включает более широкий диапазон длин волн, в то время как свет от конкретного процесса распада сильнее смещён в узкий диапазон. Как свет, льющийся через призму, становится тусклее по мере того, как различные цвета разделяются всё сильнее и сильнее, так и события распада, ограниченные узким диапазоном, становятся все более резкими и отчётливыми. Для реализации этой техники можно использовать различные современные инфракрасные спектрографы, такие как NIRSpec на космическом телескопе Джеймса Уэбба, WINERED на телескопе Магеллана Клэя и многие другие. Такой метод превращает эти приборы в отличные детекторы тёмной материи.
Благодаря точности технологии команды (WINERED) они смогли учесть весь свет, обнаруженный в ближнем инфракрасном диапазоне, со значительной статистической точностью. Тот факт, что распад не был обнаружен, был использован для установления верхнего предела частоты этих событий распада или нижнего предела времени жизни частиц ALP. Новая нижняя граница в секундах равна 10 с 25-26 нулями после неё, что от десяти до ста миллионов раз больше возраста Вселенной.
