Загадка в центре Млечного Пути: тёмная материя снова в игре

Одна из самых горячих загадок современной астрономии остаётся неразрешённой: новое исследование не сумело исключить самоуничтожающуюся тёмную материю в качестве источника гамма-излучения, исходящего из центра Млечного Пути. Речь идёт о так называемом Избытке Галактического Центра — сферическом гамма-свечении, простирающемся на тысячи световых лет от ядра нашей галактики. Это высокоэнергетическое излучение ставит учёных в тупик уже более десяти лет.

Среди возможных объяснений Избытка Галактического Центра фигурировали разные гипотезы, включая популяцию быстро вращающихся нейтронных звёзд — пульсаров. Однако одной из самых распространённых версий оставался специфический тип частиц тёмной материи. Тёмная материя — таинственная субстанция, на которую приходится 85% всей материи во Вселенной. Она фактически невидима, поскольку не взаимодействует ни со светом, ни с «обычной» материей, состоящей из атомов. Этот факт породил множество гипотетических частиц-кандидатов, включая те, что способны к самоуничтожению. Процесс напоминает аннигиляцию электрона и его антипода — позитрона: при встрече они уничтожают друг друга, высвобождая энергию в космос.

В случае самоуничтожающейся тёмной материи частицы выступали бы собственными античастицами. Их взаимодействие приводило бы к аннигиляции с выделением энергии в виде гамма-лучей. Учитывая, что тёмная материя превосходит обычную в соотношении пять к одному, можно было бы ожидать, что подобная аннигиляция происходит постоянно, заливая космос гамма-излучением. Однако в рамках этой модели тёмная материя крайне редко взаимодействует сама с собой. Аннигиляция становится значимым фактором лишь там, где эта загадочная субстанция плотно сконцентрирована — например, в центре галактики. К сожалению, исследовать сердце Млечного Пути чрезвычайно трудно.

«Интерпретация сигнала особенно сложна, потому что Галактический Центр — исключительно яркая и переполненная область гамма-неба», — пояснил участник исследования, сотрудник Венского университета Флориан Лист.

Чтобы выяснить, может ли аннигилирующая тёмная материя объяснить Избыток Галактического Центра, Лист и его коллеги обратились к машинному обучению, натренированному на более чем миллионе симулированных гамма-наблюдений. Прежние подобные подходы указывали на сравнительно яркие, неразрешённые точечные источники света как на потенциальную причину избытка. Однако новое исследование показало, что эти точечные источники, включая пульсары, должны быть чрезвычайно тусклыми. И это хорошая новость для учёных, склоняющихся к гипотезе аннигилирующей тёмной материи.

Дело в том, что если раньше считалось, будто всего нескольких сотен пульсаров достаточно для объяснения Избытка Галактического Центра, то теперь выясняется: популяция пульсаров в сердце Млечного Пути должна насчитывать более 35 000. «Наш новый анализ показывает, что источники должны быть настолько слабыми, что их почти невозможно отличить от излучения, ожидаемого от аннигилирующей тёмной материи», — заявил член исследовательской группы Ник Родд, учёный из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Хотя это исследование оставляет тёмную материю в числе plausible объяснений, оно далеко не подтверждает аннигиляцию таинственной субстанции как источник Избытка Галактического Центра. «Происхождение Избытка Галактического Центра — одна из самых продолжительных дискуссий в астрофизике, — отметил Лист. — Наша работа не доказывает, что тёмная материя ответственна за сигнал. Однако она показывает, что исключать такую возможность пока преждевременно».

Результаты исследования были опубликованы в четверг, 5 февраля, в журнале Physical Review Letters.

Источники: Заявление учёных Флориана Листа (Венский университет) и Ника Родда (Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли); публикация в журнале Physical Review Letters от 5 февраля.