Исследователи из Университета Токио заявили об обнаружении гамма-лучей, возникающих в результате аннигиляции частиц темной материи. В случае подтверждения это будет первый случай, когда человечество «увидело» таинственную субстанцию.
Скрытая масса Вселенной
Еще в начале 1930-х годов астроном Фриц Цвикки обнаружил аномалию в движении галактик, которую можно было объяснить тем, что их реальная масса намного выше, чем масса наблюдаемого вещества. Это побудило его сделать вывод о наличии некой невидимой структуры — темной материи, удерживающей галактики вместе.
Спустя почти сто лет после открытия Цвикки темная материя в значительной степени остается загадкой. До сих пор ученые могли наблюдать ее только косвенно, путем изучения влияния на наблюдаемую материю. Например, через ее способность генерировать гравитацию, достаточную для удержания галактик вместе. Причина, по которой темную материю нельзя наблюдать напрямую, заключается в том, что частицы, из которых она состоит, не взаимодействуют с электромагнитным излучением и не испускает его. То есть темная материя не поглощает, не отражает и не излучает свет.
Аннигиляция темной материи
Существует множество гипотез, объясняющих природу темной материи. Согласно одной из наиболее популярных, она состоит из так называемых вимпов (слабо взаимодействующих массивных частиц), которые тяжелее протонов, но очень мало взаимодействуют с другой материей. Несмотря на отсутствие взаимодействия, когда две такие частицы сталкиваются, то аннигилируют друг друга и выделяют другие частицы, в том числе фотоны гамма-излучения.
На протяжении многих лет ученые пытались найти эти конкретные гамма-лучи, сосредоточив внимание на областях где, как считается, темная материя сконцентрирована в наибольшем количестве. По словам профессора Томонори Тотани из факультета астрономии Токийского университета, ему наконец-то удалось решить эту задачу. Проанализировав последние данные космического телескопа Fermi, он нашел найти гамма-лучи, чьи характеристики соответствуют предсказанным.
«Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт (или 20 миллиардов электронвольт, что является чрезвычайно большой энергией), распространяющиеся в виде галообразной структуры в направлении центра галактики Млечный Путь. Компонент гамма-излучения точно соответствует форме, ожидаемой от гало темной материи», — сказал Тотани.
Наблюдаемый энергетический спектр, или диапазон интенсивности гамма-излучения, соответствует излучению, предсказанному в результате аннигиляции гипотетических вимпов, масса которых примерно в 500 раз превышает массу протона. Частота аннигиляции, оцененная по измеренной интенсивности гамма-излучения, также находится в диапазоне теоретических предсказаний.
«Если это верно, то, насколько я знаю, это будет первый случай, когда человечество «увидит» темную материю. И оказывается, что темная материя — это новая частица, не включенная в текущую стандартную модель физики частиц. Это означает значительный прорыв в астрономии и физике».
Хотя Тотани уверен, что его измерения гамма-излучения обнаруживают частицы темной материи, его результаты должны быть проверены с помощью независимого анализа другими исследователями. Даже при наличии этого подтверждения ученые будут нуждаться в дополнительных доказательствах того, что это излучение действительно является результатом аннигиляции темной материи, а не происходит от каких-либо других астрономических явлений.
Дополнительные доказательства столкновений вимпов в других местах с высокой концентрацией темной материи подкрепили бы эти первоначальные результаты. Например, обнаружение гамма-излучения той же энергии из карликовых галактик в гало Млечного Пути подтвердило бы результаты исследования.
По материалам UTokyo
