Калибровочные снимки «Джеймса Уэбба» отсеяли кандидатов на роль лёгкой тёмной материи

Телескоп «Джеймс Уэбб» впервые использовали для поиска частиц лёгкой тёмной материи, способных взаимодействовать с обычной материей с помощью других сил, кроме гравитации. Для этого учёные использовали калибровочные снимки телескопа, сделанные ещё в декабре 2021 года вскоре после его отправки в космос. Данные «Уэбба» облегчили будущую работу учёных, разом отбросив целый спектр кандидатов на роль лёгкой тёмной материи.

Сегодня у учёных почти нет сомнений, что тёмная материя — это частицы, а не поле. Иначе говоря, это вещество, если говорить по-русски. Для объяснения свойств этого вещества и его места во Вселенной предложено множество гипотез. Эксперименты и наблюдения позволяют выявить несоответствия в этих гипотезах, выясняя, в том числе, какой тёмная материя не может быть. Эксперимент с калибровочными снимками «Уэбба» такого же рода — он сузил поле для поиска достаточно определённых частиц тёмной материи, указав на те области, где точно не стоит искать, и на которые нет смысла тратить ресурсы.

В будущем NASA рассматривает возможность миссии DarkNESS (Dark Matter and Neutrino Exploration with Spectroscopic Sensitivity), в рамках которой будет создан небольшой спутник для слежения за центром нашей галактики. Считается, что тёмное вещество наиболее сконцентрировано в центрах галактик. Миссия DarkNESS будет искать варианты лёгкой сильновзаимодействующей тёмной материи, которая может вступать в связь с обычной материей не только с помощью гравитации. Это открывает возможность засечь частицы тёмной материи привычными датчиками из полупроводников, если такие частицы существуют. Закрытые фильтрами датчики «Уэбба» ещё до начала работы телескопа отчасти тоже могли справиться с такой задачей. Они не пропускали свет, но для частиц тёмной материи были прозрачны.

Учёные сделали такие снимки во время калибровки прибора NIRSpec. Используя светочувствительные матрицы на основе ртути, кадмия и теллура, исследователи искали следы «тёмных фотонов» и других форм лёгкой тёмной материи, которые могли бы взаимодействовать с электронами. Никаких следов взаимодействия исследователи не нашли, что позволило исключить существование широкого спектра подобных частиц в диапазоне масс от 10 МэВ до 1 ГэВ. Это стало важным шагом в изучении природы тёмной материи.

Полученные результаты имеют значение для будущих исследований, включая миссию DarkNESS. Этот аппарат будет использовать схожий подход для поиска тёмной материи. Данные с «Джеймса Уэбба» помогут оптимизировать программу наблюдений DarkNESS, уточнив диапазоны масс и свойств частиц, на которые стоит обратить внимание. Таким образом, телескоп внёс вклад не только в астрономию, но и в фундаментальную физику, уточняя возможные модели тёмной материи.