Ученые из Университета Джона Хопкинса изучили загадочный избыток гамма-излучения в центре нашей галактики, известный как избыток GeV в галактическом центре (GCE). С момента его открытия в 2009 году этот феномен озадачивает астрономов: почему в сердце Млечного Пути возникает так много высокоэнергетического света?
Две основные гипотезы объясняют его происхождение. Первая — это столкновения частиц темной материи, которые при аннигиляции или распаде могут испускать гамма-лучи. Вторая — активность быстро вращающихся нейтронных звезд, старых плотных остатков умирающих звезд, которые могут генерировать высокоэнергетические фотоны. Если избыток связан с темной материей, это станет первым прямым подтверждением ее существования. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
«Темная материя доминирует во Вселенной и удерживает галактики вместе. Это имеет чрезвычайно важные последствия, и мы все время ищем способы ее обнаружить. Гамма-лучи, особенно избыток света в центре нашей галактики, могут быть нашей первой подсказкой», — говорит профессор Джозеф Силк.
Суперкомпьютеры помогли
Команда использовала суперкомпьютерное моделирование, чтобы построить карты распределения темной материи в Млечном Пути. В отличие от предыдущих попыток, эти симуляции учитывали всю историю формирования галактики. Раньше Млечный Путь активно поглощал меньшие галактики, содержащие темную материю. По мере концентрации этих частиц в центре вероятность их столкновений увеличивалась, что может объяснять наблюдаемый гамма-сигнал.
Моделирование показало, что столкновения частиц темной материи создают гамма-лучи с интенсивностью и спектром, совпадающими с теми, что наблюдает космический гамма-телескоп Ферми. Свет от нейтронных звезд схож, но для точного соответствия модели требуется их больше, чем реально наблюдается. Это делает темную материю более вероятным источником.
Детали симуляции и реальные наблюдения
Исследователи учли не только текущую структуру галактики, но и раннюю историю взаимодействий с другими галактическими системами.
«Когда мы включили более реалистичные столкновения частиц и их распределение по центру, модель начала соответствовать реальным гамма-наблюдениям», — объясняют авторы.
Суперкомпьютеры позволили увидеть, как интенсивность гамма-лучей изменяется в зависимости от плотности темной материи и истории столкновений. Это помогает понять, что сигнал не случайный, а систематически связан с распределением массы в галактике.
Чтобы подтвердить гипотезу, ученые ждут запуска Черенковской решетки телескопов (CTA), способной фиксировать гамма-лучи с высокой точностью. CTA начнет работу в конце 2026 года и сможет отделить сигналы от нейтронных звезд и частиц темной материи, потенциально разрешив давнюю загадку.
«Вполне возможно, что новые данные подтвердят одну теорию, или мы обнаружим еще большую тайну», — добавляет Силк.
Почему это важно
Темная материя составляет около 85% всей массы Вселенной, но пока подтверждена лишь косвенно. Если гамма-излучение действительно связано с ее частицами, это откроет новый путь к изучению структуры галактик, формирования звезд и поведения материи в экстремальных условиях.
Каждая новая карта и симуляция сужает круг возможных источников загадочного света, приближая науку к долгожданному открытию.
Обнаружены возможные «темные звезды», питающиеся темной материей
Астрономы обнаружили загадочный объект, искажающий пространство и время
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram