Астрономы обнаружили "подпись" процесса аннигиляции темной материи - «Наука и технологии»

Мы живем в эпоху расцвета астрофизики. Важные открытия, такие, как обнаружение новых экзопланет, гравитационных волн от сталкивающихся черных дыр, или ускорение темпов расширения Вселенной, делаются все чаще и чаще. Но все перечисленные выше открытия смотрелись бы весьма скромно, если бы ученым удалось получить убедительное подтверждение тому, что большая часть материи во Вселенной приходится на долю таинственной темной материи, о природе которой ученые пока могут только догадываться. Согласно данным, собранным космическим телескопом Planck и другими астрономическими инструментами, всего 4.9 процента от общего количества материи во Вселенной приходится на долю обычной, видимой и осязаемой материи. Остальная львиная доля приходится на темную материю, проявляющуюся в виде ее гравитационного влияния, и темную энергию, которая способствует ускорению процесса расширения Вселенной.

Обнаружение темной материи является одной из основных задач, стоящих перед современной астрофизикой. Некоторые ученые предполагают, что темная материя должна проявлять себя не только при помощи ее гравитационных сил. Темная материя, как и обычная материя, может быть представлена в виде двух антагонизмов, материи и антиматерии, которые при контакте аннигилируют, испуская высокоэнергетическое излучение. Основным кандидатом на "звание" частиц темной материи являются WIMP-частицы (weakly interacting massive particle), характеризующиеся слабым взаимодействием друг с другом и другими частицами. И если процесс аннигиляции частиц темной материи все же существует, то это может значительно сузить диапазон, в котором необходимо производить ее поиски.

Дуг Финкбайнер (Doug Finkbeiner) и его коллеги из Центра астрофизики Гарварда-Смитсона (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) утверждают, что им удалось обнаружить подпись процесса аннигиляции частиц темной материи. Они провели доскональное изучение пространственного распределения изучения гамма-лучей в объеме галактики Млечного Пути, уделяя особое внимание центральной области галактики. В этой области наблюдается высокая плотность обычной материи и, предположительно, темной материи также.

Если процесс аннигиляции темной материи происходит согласно некоторым из имеющихся теорий, то область скопления темной материи должна светиться несколько ярче в рентгеновском диапазоне. И действительно, в области центра галактики, размер которой составляет несколько сотен световых лет, были обнаружены некоторые "аномальности" в распределении гамма-излучения, в частности, были найдены слабые потоки лучей, простирающихся из центральной области галактики наружу. Справедливости ради стоит отметить, что наличие этих потоков может быть объяснено и другими причинами, их источниками могут являться вращающиеся с огромной скоростью пульсары или останки от взрывов сверхновых звезд определенных типов.

В своих исследованиях ученые из CfA произвели повторные анализы огромных массивов данных, собранных различными гамма- и рентгеновскими астрономическими инструментами. В этих анализах использовались новые алгоритмы, которые позволяют с более высокой точностью локализовать местоположение источников гамма-лучей. Это позволило ученых отбросить некоторые виды источников излучения, таких, как пульсары, которые обычно находятся в местах скопления звезд в рукавах галактик.

Полученное распределение гамм-излучения достаточно хорошо коррелирует с результатами некоторых имеющихся моделей, в которых фигурирует процесс аннигиляции темной материи. И если ученым удастся получить некоторые практически подтверждения их теории, то это станет одним из самых значимых прорывов в деле определения природы темной материи, доминирующего во Вселенной вида материи.