Астрофізики вивчали спектри випромінювання від далеких квазарів. Дані про поглинання світла молекулярними газовими хмарами збігаються з прогнозами моделі, що описує темні фотони.
Щільні газові хмари у Всесвіті поглинають частину світло від далеких квазарів, створюючи лінії в спектрах випромінювання. При цьому в залежності від складу речовини в цих хмарах поглинаються хвилі з певною довжиною. Аналізуючи ширину цих ліній, дослідники можуть отримати інформацію про щільність, температуру та інші характеристики хмар.
Світло від далекого квазара проходить через області щільного газу (фіолетового кольору) в міжгалактичному середовищі. Газ поглинає світло на певних частотах, що призводить до «лісу» ліній поглинання в спектрах квазара (зелений). Зображення: P. Gaikwad/Kavli Institute for Cosmology, Cambridge
Дані про поглинання світла лінією Лаймана-альфа для водню збігаються з моделюванням на основі класичних уявлень про склад молекулярного газу у Всесвіті. Але є виняток: для відносно близьких газових хмар. Спостереження показують, що ці хмари з малим червоним зміщенням виробляють більш широкі лінії поглинання, ніж передбачалося.
Розширення ліній поглинань пов’язане з нагріванням хмар. Дослідники вважають, що це пов’язано з впливом темних фотонів. Це гіпотетичні безмасові частинки, які є аналогом фотонів для темної матерії.
Теорія темних фотонів припускає, що частинки можуть спонтанно перетворюватися на нормальні фотони. Ймовірність такого перетворення мала, але перетворення можуть бути прискорені при попаданні темних фотонів в іонізований газ, що задовольняє умові резонансу.
Моделювання вчених показало, що темні фотони з надзвичайно малою масою близько 10-14 еВ/ c 2 (приблизно в 10 19 разів менше маси електрона) могли б резонансно перетворюватися в фотони в хмарах Лайман-альфа з малим червоним зміщенням. Це перетворення введе в газ від 5 до 7 еВ енергії на атом водню. Цього достатньо, щоб пояснити спостереження.
Вчені працюють над додатковими експериментами, які дозволять підтвердити цю гіпотезу та відхилити можливі альтернативні пояснення спостережуваного нагрівання газу в молекулярних хмарах.