Почти сто лет астрономы ищут темную материю — невидимое вещество, которое, как считается, удерживает галактики вместе и формирует «каркас» Вселенной. Косвенных доказательств ее существования накопилось немало, но прямого сигнала до сих пор никто не зафиксировал. Новое исследование может изменить эту историю, хотя большинство физиков пока относятся к нему с осторожностью. Об этом рассказывает Gizmodo.
Профессор Токийского университета Томонори Тотани заявил, что обнаружил гамма-излучение, которое может быть связано с темной материей. Он проанализировал данные космического гамма-телескопа Ферми за 15 лет и пришел к выводу, что зарегистрированный сигнал может быть следствием аннигиляции так называемых WIMP — слабо взаимодействующих массивных частиц, остающихся одним из основных кандидатов на роль частиц темной материи. Результаты наблюдений были опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
«Теоретически WIMP давно предполагались как источник гамма-излучения при аннигиляции, — пояснил Тотани. — Используя новые методы анализа и большой массив данных телескопа Ферми, я обнаружил сигнал в области галактического гало, который может иметь отношение к темной материи».
Ученый подчеркивает, что речь пока не идет о доказательстве. Но, по его словам, это «самый перспективный кандидат на сигнал темной материи из всех, что известны на сегодняшний день».
Где искали и что нашли
Темная материя нужна астрофизике, чтобы объяснить странности поведения галактик: они вращаются быстрее, чем позволяют расчеты по видимому веществу, и удерживаются вместе гораздо сильнее, чем должны. Предполагается, что большую часть их массы составляет именно невидимое вещество, не взаимодействующее со светом.
Частицы WIMP гипотетически почти не взаимодействуют с обычной материей, кроме гравитации. Но при редких столкновениях друг с другом они должны аннигилировать с испусканием гамма-квантов — именно эту «вспышку» ученые и пытаются поймать десятилетиями.
Ранее большинство поисков было сосредоточено в центре Млечного Пути, где плотность темной материи должна быть максимальной. Однако Тотани выбрал другую цель — гало Галактики, обширную сферическую оболочку вокруг ее диска. В этой области меньше помех от ярких астрофизических источников.
В данных телескопа Ферми ученый обнаружил гамма-излучение высокой энергии — порядка 20 гигаэлектронвольт. Пространственное распределение сигнала совпадает с тем, как, согласно моделям, должна распределяться темная материя в гало. Более того, рассчитанная по интенсивности скорость аннигиляции WIMP укладывается в рамки теоретических ожиданий.
Все эти совпадения выглядят интригующе, но именно здесь начинается скепсис коллег.
Почему физики сомневаются
Гамма-излучение во Вселенной возникает по множеству причин: от пульсаров и сверхновых до аккреции вещества на черные дыры. Даже Солнце является источником гамма-квантов. Поэтому любой подобный сигнал в первую очередь проверяется на «приземленные» объяснения.
«Во Вселенной полно процессов, способных порождать гамма-излучение такой энергии, — заявил Gizmodo физик из лаборатории Ферми, более известной как Фермилаб. — И прежде чем говорить о темной материи, нужно исключить все альтернативы».
Дополнительные вопросы вызывает и сам метод анализа. В частности, Тотани исключил из расчетов область в радиусе 10 градусов вокруг галактического центра. По словам профессора Висконсинского университета в Мадисоне Дэна Хупера, это может играть решающую роль, ведь именно в центре ожидается наиболее сильный вклад от темной материи.
«Тем же массивом данных телескопа Ферми уже пользовались десятки исследовательских групп, и никто ранее не сообщал о таком избытке гамма-излучения, — отметил Хупер. — Да, полезно пробовать новые методики, но это само по себе не делает результат убедительным».
Есть и еще одно возможное объяснение: особенности фоновой модели. Если модель «поглощает» слишком большое количество низкоэнергетического излучения, в итоговой картине может искусственно появиться избыток высокоэнергетических квантов, то есть ложный сигнал.
Что дальше
Тотани признает, что решающим доказательством станет обнаружение аналогичного сигнала в других участках неба с теми же характеристиками. «Я очень рассчитываю на независимые проверки и воспроизведение результата», — говорит ученый. Без этого говорить о настоящем открытии рано. В области темной материи преждевременные сенсации случались не раз и почти всегда заканчивались опровержениями.
«Темную материю невероятно трудно не только обнаружить, но и надежно интерпретировать, — резюмировал собеседник Gizmodo из Фермилаб. — Для уверенности нужны несколько независимых линий доказательств. Пока у нас есть лишь одна».
PS: Ставьте лайк и подписывайтесь на «Ведомости» в Telegram и MAX