У науковому світі відсутність результату часто вважається невдачею. Проте в астрофізиці навіть тиша може бути надзвичайно красномовною. Нове дослідження, опубліковане в часописі Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), пропонує революційний підхід до пошуку однієї з найбільших загадок Всесвіту — темної матерії. Науковці стверджують: те, що ми не бачимо очікуваних сигналів у певних ділянках космосу, не спростовує наявність темної матерії, а навпаки — розкриває її складну багатокомпонентну структуру.
Аномальний блиск у серці Галактики
Протягом десятиліть темна матерія залишається невидимим диригентом космосу. Ми знаємо, що вона існує, адже без її гравітаційного впливу зорі розлетілися б у різні боки, а галактики ніколи б не сформувалися. Проте вона не випромінює і не поглинає світло, що робить її невидимою для наших телескопів.
Одним із найперспективніших способів «побачити» її є пошук продуктів її розпаду або анігіляції. Згідно з багатьма теоретичними моделями, коли дві частинки темної матерії стикаються, вони знищують одна одну, породжуючи спалах високоенергетичного випромінювання — гамма-променів.
Саме такий сигнал зафіксував космічний телескоп Fermi. У самому центрі Чумацького Шляху спостерігається дивний надлишок гамма-випромінювання, який неможливо пояснити лише наявністю відомих світил чи газу. Багато фізиків-теоретиків вхопилися за цю ідею: чи може це бути першим прямим доказом анігіляції частинок темної матерії? Проте виникла проблема, яка поставила цю теорію під сумнів.
Загадка мовчазних карликів
Гордан Крняїч, фізик-теоретик із Національної лабораторії прискорювачів Фермі (Fermilab), пояснює суть суперечності. Якщо гамма-промені в центрі нашої Галактики справді породжені темною матерією, то ми мали б бачити аналогічне світіння і в інших місцях, де концентрація цієї субстанції є високою.
Найкращими «лабораторіями» для перевірки цієї гіпотези є карликові галактики. Це крихітні супутники Чумацького Шляху, які майже не мають власного газу чи молодих зір, але буквально «набиті» темною матерією. Вони є ідеальним тлом: там немає пульсарів чи чорних дір, які могли б імітувати сигнал. Проте, попри роки спостережень за допомогою Fermi, карликові галактики вперто мовчать. Жодного надлишку гамма-випромінювання там не виявлено.
Магазин від Universe Space Tech
Комплект журналів Сонце, Місяць та Марс
До товаруДонедавна це вважалося вироком для теорії анігіляції: якщо сигналу немає у «чистих» карликових галактиках, значить, і сигнал у центрі Чумацького Шляху має якесь інше, звичайне астрофізичне походження (наприклад, від мертвих зір — пульсарів).
Два інгредієнти для космічного спалаху
Проте група дослідників, до якої входять Ашер Берлін, Джошуа Фостер, Ден Хупер та Гордан Крняїч, запропонувала елегантний вихід із цього глухого кута. Вони припустили, що темна матерія не є монолітною субстанцією, що складається з частинок одного типу. Натомість вона може бути сумішшю двох різних компонентів.
Ця модель докорінно змінює правила гри. Уявіть, що анігіляція — це хімічна реакція, для якої потрібні два різні інгредієнти. Якщо у вас є лише один тип частинок, реакція не відбудеться. Щоб стався спалах гамма-випромінювання, частинка типу «А» повинна знайти й зіткнутися з частинкою типу «Б».
У великих і складних системах, таких як Чумацький Шлях, ці два типи частинок можуть бути перемішані в рівних пропорціях, що призводить до інтенсивної анігіляції та яскравого гамма-сигналу в центрі. Однак у карликових галактиках через особливості їхнього формування або еволюції цей баланс може бути порушений. Якщо в карликовій галактиці багато частинок типу «А», але майже немає типу «Б», анігіляція просто не відбуватиметься. Результат — повна відсутність сигналу, попри колосальну масу темної матерії.
Нова гнучкість у пошуках невидимого
Така модель, яку автори назвали «dSph-obic dark matter» (така, що уникає карликових сфероїдальних галактик), робить інтерпретацію даних набагато гнучкішою. Вона дозволяє науковцям не відкидати дані з центру Галактики лише тому, що вони не збігаються з результатами спостережень за супутниками.
Крім того, існують і старіші теорії, що намагалися пояснити цей феномен. Наприклад, модель, де ймовірність анігіляції залежить від швидкості руху частинок. Оскільки в карликових галактиках частинки рухаються повільніше, ніж у центрі великої галактики, сигнал там міг би бути слабшим. Але нова «двокомпонентна» модель виглядає більш стійкою до нових даних і дозволяє пояснити значно більший діапазон спостережень.
Майбутнє під прицілом Fermi
Чи означає це, що таємниця розгадана? Поки що ні. Це лише теоретична рамка, яка чекає на детальну перевірку. Наступним кроком стане накопичення та аналіз ще точніших даних від космічного телескопа Fermi. Вчені сподіваються, що триваліші експозиції та вдосконалені алгоритми обробки сигналу дозволять побачити бодай слабкі натяки на гамма-випромінювання в карликових системах.
Якщо ж тиша триватиме, фізикам доведеться ще глибше зануритися в теорію багатокомпонентної темної матерії. Можливо, Всесвіт набагато складніший, ніж ми звикли думати, і те, що ми називаємо «темною матерією», є цілим невидимим світом зі своїми типами частинок та взаємодій.
Раніше ми повідомляли про те, як Fermi знайшов у Всесвіті джерело екстремальних космічних частинок.
За матеріалами eurekalert.org
