|
Темная материя наконец-то была обнаружена
|
|
|
|
Странное, никогда ранее не наблюдавшееся свечение в гало нашей галактики может быть самым сильным проявлением темной материи на сегодняшний день. Новый анализ данных, собранных космическим гамма-телескопом "Ферми" за 15 лет, выявил свечение гамма-лучей необычно высокой энергии, которое трудно отнести к какому-либо известному источнику. По словам астронома Томонори Тотани из Токийского университета в Японии, это может быть излучение, возникающее при столкновении гипотетических частиц темной материи и уничтожении друг друга.
|
|
|
|
Это не первый случай, когда астрономы ищут такое свечение, но впервые оно достигает своего пика на таком специфическом энергетическом уровне в галактическом гало, большом пузыре газа и излучения, который окружает Млечный Путь.
|
|
|
|
"Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов в 20 гигаэлектронвольт (или 20 миллиардов электронвольт, чрезвычайно большое количество энергии), распространяющиеся в виде гало-структуры к центру галактики Млечный Путь", - объясняет Тотани.
|
|
|
|
"Компонент гамма-излучения точно соответствует форме, ожидаемой от гало темной материи".
|
|
|
|
Темная материя - одна из непреходящих загадок Вселенной. Она проявляется в виде "избыточной" гравитации, которую невозможно объяснить количеством видимой нами материи.
|
|
|
|
|
|
|
Ученые подсчитали, что на долю обычной материи приходится лишь около 16 процентов распределения материи во Вселенной, а остальные 84 процента составляют темная материя, идентичность которой неизвестна.
|
|
|
|
Одним из ведущих кандидатов на роль темной материи является гипотетический класс частиц, называемых слабо взаимодействующими массивными частицами, или вимпами. Современная теория предполагает, что при столкновении WIMP и их античастиц они аннигилируют друг с другом, в результате чего образуется поток различных частиц, в том числе гамма-квантов, которые мы можем наблюдать на самом деле.
|
|
|
|
Это возвращает нас к нашему новому исследованию. Если мы сможем обнаружить свечение гамма-излучения без четко идентифицируемого источника, вполне возможно, что это свечение было вызвано аннигиляцией темной материи.
|
|
|
|
Ученые провели поисковые работы на этот счет, но результаты пока неубедительны.
|
|
|
|
Одной из областей, представляющих особый интерес, является центр галактики, где плотность темной материи, как полагают, особенно высока, и сигнал о ее присутствии должен быть соответственно сильным. Действительно, там были обнаружены намеки на избыток гамма-излучения.
|
|
|
|
Галактическое гало, напротив, является относительно малоизученной областью в поисках сигнала об аннигиляции темной материи. Любой такой сигнал будет намного слабее, чем сигнал из центра галактики, что значительно затруднит его обнаружение в первую очередь.
|
|
|
|
Однако гало не изобилует источниками гамма-излучения, подобными миллисекундным пульсарам, которые, как считается, рассеяны по всему центру галактики, что делает любой потенциальный сигнал более чистым.
|
|
|
|
Чтобы преодолеть проблему тусклости, Тотани потребовалось несколько решений. Первым из них был необычный набор данных: 15-летние наблюдения, собранные телескопом Fermi Large Area Telescope.
|
|
|
|
Из-за того, что гало очень тусклое, гамма-излучения относительно редки и находятся на большом расстоянии друг от друга. Для проведения статистического анализа, способного выявить избыточный сигнал, потребуется значительное количество их фотонов. Кроме того, больший набор данных может увеличить отношение сигнал/шум, что сделает данные более надежными.
|
|
|
|
Тотани сравнил эти данные с известными источниками гамма-излучения в галактическом гало, такими как пузыри Ферми и точечные источники. Все гамма-излучение, оставшееся после учета всех этих известных источников, было сведено в карту.
|
|
|
|
Получившаяся в результате карта показала большую сферическую область слабого гамма-излучения, похожую на гало, с пиком в 20 гигаэлектронвольт - в пределах прогнозируемого диапазона аннигиляции WIMP. Это далеко не неопровержимый факт, но он достаточно заманчив, чтобы оправдать дальнейшее расследование.
|
|
|
|
"Если это верно, то, насколько мне известно, это будет означать, что человечество впервые "увидело" темную материю", - говорит Тотани. "И оказывается, что темная материя - это новая частица, не включенная в текущую стандартную модель физики элементарных частиц. Это знаменует собой крупное достижение в астрономии и физике".
|
|
|
|
Что ж, возможно. Предстоит проделать гораздо больше работы, чтобы подтвердить это открытие, включая независимый анализ данных, чтобы попытаться воспроизвести его, исследования, чтобы определить, могут ли другие астрофизические процессы вызывать такое же свечение, и поиск подобных ореолов в других средах, таких как карликовые галактики.
|
|
|
|
На все это потребуется время, возможно, годы.
|
|
|
|
Тем не менее, избыток гамма-излучения с энергией и формой, предсказанными для аннигиляции темной материи, является интересным шагом вперед к ответу на вопрос о темной материи, впервые поставленный швейцарским астрономом Фрицем Цвикки почти столетие назад.
|
|
|
|
Источник
|
