Тяжёлые фотоны слишком легки — если, конечно, они вообще существуют

Группа исследователей под руководством Витора Кардозу из Технического университета Лиссабона (Португалия) попыталась проанализировать возможные параметры гипотетических «тяжёлых фотонов» при помощи данных, накопленных при наблюдении восьми сверхмассивных чёрных дыр.

Если бы тяжёлые фотоны существовали, они бы уже давно остановили вращение всех ЧД во Вселенной, полагают исследователи. (Иллюстрация V. Beckmann et al. / GSFC / ESA.)

Словосочетание «тяжёлый фотон» — до некоторой степени оксюморон: у фотона нет массы покоя, поэтому его трудно назвать «лёгким», то есть и гипотетический «тяжёлый фотон» не такой уж тяжёлый, просто у него, в отличие от уже известного нам, есть некая масса покоя.

Некоторые исследователи склонны приписывать ему весьма серьёзную роль в рамках концепции фотонного объяснения тёмной материи. По ней, тяжёлые фотоны вообще никак не взаимодействуют с большинством частиц и лишь умеренно — с обычными фотонами. Поэтому они идеальны в качестве кандидатов в «тёмную материю»: увидеть их сложно, но при этом они массивны.

Витор Кардозу попробовал рассчитать, так ли это, основываясь на ограничениях, накладываемых на такие гипотетические частицы сверхмассивными чёрными дырами (СМЧД).

Когда частицы с массой покоя приближаются к ЧД, они пропадают за горизонтом событий. Фотоны могут пройти мимо непоглощёнными — при определённой, разумеется, траектории. Гипотетический тяжёлый фотон имел бы весьма небольшую массу, столь малую, что он мог бы, как и обычный, при подходящем угле пролететь мимо ЧД, попасть в её гравитационное поле, но всё же покинуть его. В этом случае он позаимствует у ЧД часть импульса, придающего ей вращение. При систематическом повторении ЧД остановит своё вращение.

Г-н Кардозу рассчитал, сколько для этого потребовалось бы времени на основе имеющихся данных по восьми самым изученным СМЧД в центрах галактик. За основу он принял мысль о том, что возраст таких СМЧД не может превышать 13,8 млрд лет (что логично, ибо они не могли образоваться раньше Вселенной). Правда, нужно было внести существенную корректировку: СМЧД ускоряют своё вращение за счёт поглощения межзвёздного газа, а также соседних звёзд и планет.

Чтобы учесть этот фактор, мешающий ЧД полностью остановиться, авторы работы приняли максимально допустимую по современным представлениям скорость поглощения вещества СМЧД. И всё равно выяснилось, что для объяснения вращения имеющихся СМЧД (все они сейчас вращаются) масса одиночного «тяжёлого фотона» должна быть меньше или примерно равна 10^–22 электронвольт.

Вероятность существования такой «слишком лёгкой тяжёлой» частицы исследователи оценили как очень и очень малую. Похоже, если наблюдения не принесут каких-то новых, невиданных по скорости подпитки веществом механизмов раскручивания ЧД, о гипотезе тяжёлых фотонов можно забыть.

Подготовлено по материалам NewScientist.