Фізики з США і Канади, скористалися для пошуку згустків темної матерії сузір'ям з 31 супутника GPS, перетворивши його, по суті, на гігантський 50000-кілометровий детектор. Ключовим для роботи детектора став високоточний атомний годинник, що знаходиться на борту супутників. Вченим не вдалося знайти ознак згустків, що дозволило оцінити інтенсивність взаємодії темної матерії з атомним годинником - нова оцінка виявилася в сто тисяч разів кращою, ніж всі попередні. Хоча модель темної матерії, яку розглядали автори, досить вузька, самі дослідники відзначають, що головна цінність роботи в демонстрації нового підходу. Результати роботи опубліковані на сервері препринтів arxiv.org, коротко про них повідомляє MIT Technology Review.
Темна матерія - гіпотетична масивна форма матерії, більш поширена у Всесвіті, ніж звичні нам атоми і молекули. Головним чином її існування проявляється в тому, що зірки галактик, які спостерігають астрономи, обертаються на периферії з тією ж швидкістю, що і в середині галактичного диска. Розподіл видимої маси вимагає поступового зменшення цієї швидкості. Щоб пояснити цю розбіжність і була введена темна матерія.
Існує кілька гіпотез того, чим може бути темна матерія. Наприклад, згідно з однією з найпопулярніших теорій - це масивні, але дуже слабо взаємодіючі з речовиною частинки, WIMP. Їх пошуками займається величезна кількість експериментів по всьому світу: серія експериментів XENON, LUX, CoGeNT, CRESST та інші. Хоча про виявлення ефектів, пов'язаних з WIMP повідомляв експеримент DAMA, дані з більш сучасних детекторів дозволяють припустити, що це, швидше за все, випадкові флуктуації. Тому більший інтерес виникає до альтернативних пояснень природи темної матерії.
Ряд робіт розглядають темну матерію як топологічні дефекти в просторі-часі - згустки у вигляді «стін». Такі згустки повинні локально змінювати протягом часу своїм гравітаційним полем, у згоді із загальною теорією відносності.
Автори роботи запропонували дослідити ці зміни за допомогою системи супутників GPS, кожен з яких обладнаний високоточним атомним годинником. Вже в їх русі по орбіті Землі спостерігаються прояви теорії відносності - годинники немов би квапляться на 46 мікросекунд на день через гравітацію планети (відносно наземних) і одночасно відстають на 7,2 мікросекунди на день, що враховується в роботі системи. Якщо Земля проходить крізь одну з таких «стін» темної матерії, повинна з'явитися додаткова поправка, яка трохи зіб'є годинник.
Земля рухається відносно центру Галактики зі швидкістю близько 220 кілометрів на секунду. За оцінками авторів, наша планета повинна налітати на згустки темної матерії з характерною швидкістю близько 300 кілометрів на секунду. Це означає, що збій годинника в GPS повинен поширюватися протягом майже трьох хвилин на всіх супутниках по черзі. Зафіксувати таку подію можна аналізуючи кореляції в збоях атомного годинника. Точність останніх досягає однієї мільярдної частки секунди (в десятки тисяч разів менше поправок на ОТГ).
Докладний опис принципу аналізу даних вчені опублікували в 2014 році в журналі. Фізики вивчили дані, зібрані за 16 років роботи системи супутників у пошуках кореляцій, часові періоди яких простягалися від півтори хвилини до чотирьох годин. Однак виявити слідів темної матерії не вдалося.
Гленніс Фаррар, фізик-теоретик з Університету Нью-Йорка, яка не брала участі в роботі, зазначає, що автори шукали «стіни» їхньої темної матерії, товщина яких не могла сильно перевищувати розміри Землі. Це сильно звужує застосовність результатів. У майбутньому вчені планують повторити експеримент з наземним лабораторним атомним годинником, точність якого на багато порядків перевершує GPS.
Розмір детектора, який використовували фізики в роботі перевищує діаметр Землі в чотири рази, але це не найбільша база, використана для астрономічних спостережень. Наприклад, космічний радіотелескоп «Спектр-Р», що працює в рамках проекту «Радіоастрон», здатний проводити спостереження одночасно із земними радіотелескопами, формуючи загальний детектор з апертурою в 350 тисяч кілометрів.