В начале 1930-х годов швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что многие галактики движутся гораздо быстрее, чем позволяет их видимая масса. Это странное движение привело его к идее, что существует некая невидимая структура — тёмная материя — которая обеспечивает дополнительную гравитацию, удерживающую галактики целыми. Почти век спустя гамма-телескоп NASA Fermi, возможно, зафиксировал первые прямые признаки этого загадочного вещества, открывая возможность наконец-то «увидеть» тёмную материю, сообщает Йорик со ссылкой на Science Daily.
Тёмная материя остаётся одной из самых больших загадок астрономии с момента её появления в теории. До сих пор учёные могли изучать её только косвенно — наблюдая, как она влияет на обычную материю, например, создавая достаточно гравитации, чтобы удерживать галактики. Прямое обнаружение было невозможным, потому что частицы тёмной материи не взаимодействуют с электромагнитной силой — то есть они не поглощают, не отражают и не излучают свет.
Гипотеза WIMP и предсказанные гамма-лучи
Многие исследователи считают, что тёмная материя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц — WIMP. Эти частицы, как предполагается, тяжелее протонов и настолько слабо взаимодействуют с обычной материей, что их почти невозможно обнаружить. Однако теория говорит, что при столкновении двух WIMP они взаимно уничтожаются, высвобождая энергичные частицы, включая гамма-кванты.
Учёные много лет изучают области, где тёмной материи должно быть больше всего — особенно центр Млечного Пути — в поисках таких гамма-лучей. Используя новые данные гамма-телескопа Fermi, профессор Томонори Тотани из Токийского университета считает, что выявил предсказанный сигнал гамма-лучей, связанный с аннигиляцией частиц тёмной материи.
Результаты Тотани опубликованы в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Гамма-лучевой ореол с энергией 20 ГэВ около центра Млечного Пути
«Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт (то есть 20 миллиардов электронвольт — колоссально высокая энергия), распространяющиеся в виде ореолообразной структуры по направлению к центру Млечного Пути. Компонент гамма-излучения практически совпадает по форме с ожидаемым ореолом тёмной материи», — сообщил Тотани.
Измеренный спектр гамма-лучей — то есть распределение интенсивности излучения — хорошо совпадает с теоретическими моделями аннигиляции гипотетических WIMP массой примерно в 500 раз больше массы протона. Оценённая частота таких событий по наблюдаемой интенсивности тоже укладывается в предсказанные диапазоны.
Оценка значимости потенциального прорыва
Тотани отмечает, что этот паттерн гамма-лучей трудно связать с другими известными источниками или обычными астрофизическими процессами. Поэтому он считает, что данные являются сильным кандидатом на долгожданный гамма-сигнал от тёмной материи.
«Если это верно, насколько мне известно, это будет первый случай, когда человечество “увидело” тёмную материю. И выясняется, что тёмная материя — новая частица, которой нет в стандартной модели физики. Это означает огромный прорыв в астрономии и физике», — сказал Тотани.
Следующие шаги и независимая проверка
Хотя Тотани уверен в своём анализе, он подчёркивает, что необходима независимая проверка. Другие исследователи должны изучить данные и подтвердить, что ореолообразное излучение действительно является следствием аннигиляции тёмной материи, а не какого-то другого астрофизического источника.
Дополнительное подтверждение может появиться, если тот же гамма-сигнал найдут в других областях с высокой концентрацией тёмной материи. Особенно многообещающими считаются карликовые галактики, вращающиеся в ореоле Млечного Пути. «Это может стать возможным, когда будет накоплено больше данных. Если это произойдёт, доказательства происхождения гамма-лучей от тёмной материи будут ещё сильнее», — отметил Тотани.
Финансирование: Работа поддержана грантом JSPS/MEXT KAKENHI №18K03692.
Источник: Материалы предоставлены Токийским университетом (сокращено и адаптировано).
Перевод ChatGPT
Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
