Ученые уже долгое время наблюдают необычное излучение гамма-лучей высокой энергии в центральной области нашей галактики. Его происхождение остается одной из самых больших загадок современной астрофизики. Одна из версий объясняет этот эффект влиянием темной материи — загадочной субстанции, которая, как предполагается, составляет около четверти всей массы Вселенной.
Исследователи из Потсдамского астрофизического института имени Лейбница (Германия) предложили новую модель, в которой темная материя распределена не как сферическое облако, а в виде слегка сплющенного диска. Это может объяснить наблюдаемый «световой излишек» и приблизить астрономов к разгадке феномена. Об этом сообщает журнал Physicsworld.
Темная материя и ее роль
Темная материя удерживает галактики вместе и формирует структуру Вселенной, но при этом не взаимодействует с обычным светом или другими видами электромагнитного излучения. Астрономы видят ее только по гравитационному влиянию на звезды, газ и газопылевые облака.
«Гамма-лучи, особенно избыток света в центре Млечного Пути, могут дать первые подсказки о природе темной материи», — говорит Джозеф Силк, астрофизик из Университета Джонса Хопкинса, который совместно с Муритсом Михкелем Муру руководил исследованием.
Проблема упрощенных моделей
Ранее темную материю моделировали как идеально симметричное облако, что упрощало расчеты, но игнорировало важные детали. Муру отмечает, что реальные распределения могут быть асимметричными и слегка сплющенными, а это критично для объяснения наблюдаемого гамма-излучения. В центре галактики плотность частиц темной материи особенно высока. Некоторые модели предполагают, что частицы могут быть их собственной антиматерией, и при встрече они аннигилируют, высвобождая энергию в виде гамма-лучей. Такое взаимодействие создает наблюдаемый «световой излишек». Результаты этого недавнего исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Античастицы это следы темной материи?
Пьер Салати, почетный профессор Университета Савойя-Монблан, поясняет, что аннигиляция может порождать антипротоны, позитроны и антидейтроны, которые могут быть доказательствами темной материи.
«Эти частицы редки, но их можно зафиксировать в космических наблюдениях. Расчеты должны соответствовать данным о нуклеосинтезе после Большого взрыва — соотношение элементов проверяет правдоподобность моделей», — говорит он.
Новые возможности для наблюдений
Сильвия Манкони из Лаборатории теоретической физики и высоких энергий во Франции считает исследование вдохновляющим. Она предупреждает, что реальность может быть сложнее любой модели, но отмечает, что новая работа улучшает пространственное разрешение симуляций. Пока неизвестно, как сплющенное распределение темной материи будет выглядеть в данных гамма-телескопа Ферми и как оно соотносится с распределением старых звезд. Новые радиотелескопы, такие как MeerKat и FAST, могут выявить пульсары, что поможет исключить альтернативные объяснения.
Будущее исследований
Муру подчеркивает, что для проверки гипотез нужны точные наблюдения и усовершенствованное моделирование.
«Темная материя не излучает и не блокирует свет, и несмотря на десятилетия поисков, мы пока не нашли ее частицы», — говорит он.
Новые гамма-телескопы, включая Cherenkov Telescope Array, помогут определить, вызван ли «световой излишек» аннигиляцией или другими источниками. Исследователи также планируют изучать карликовые галактики, вращающиеся вокруг Млечного Пути, чтобы спрогнозировать, где еще можно обнаружить темную материю.
«Возможно, мы подтвердим одну из гипотез, а может быть, не найдем ничего, и тогда загадка станет еще сложнее», — добавляет Силк.
Работа группы открывает новые пути для наблюдений, предлагая конкретные тесты гипотез и расширяя понимание роли темной материи в формировании галактик. Эти исследования приближают астрономов к одной из самых загадочных тайн Вселенной и дают шанс напрямую связать космологические модели с реальными наблюдаемыми сигналами.
Темная материя оказалась подвластна гравитации: исследование
Обнаружены возможные «темные звезды», питающиеся темной материей
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram