Физика

Гамма-излучение, зафиксированное гамма-телескопом «Ферми», по мнению исследователя, может объясняться только распадом вимпов, частиц темной материи, в существовании которых множество других физиков уже разуверились. Если независимые проверки подтвердят открытие, это может существенно изменить космологическую картину мира.

До 2020-х годов наиболее популярным объяснением наблюдаемой во Вселенной картины было наличие в ней слабовзаимодействующих частиц темной материи — вимпов. Сторонники этой теории предполагали, что они действуют на обычную материю гравитационно, но не участвуют в других взаимодействиях. К концу 2010-х такая картина начала вызывать много вопросов.

Многомиллиардные в смысле стоимости поиски следов вимпов на всех типах детекторов ничего не дали, а столкновения групп галактик не показали никакого влияния этих частиц на изменения скоростей галактик.

Между тем, даже если они и не взаимодействуют с обычной материей, то между собой не сталкиваться не могут. Ноль следов таких столкновений означал физическую сомнительность существования вимпов.

Томонори Тотани из Токийского университета (Япония) опубликовал в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, в которой постулирует обнаружение следов распада вимпов. Он полагает это первым «прямым» свидетельством обнаружения темной материи.

Согласно распространенным в 2010-х годам идеям, вимпы и темная материя в целом должны концентрироваться в центрах галактик. Если они аннигилируют (что для многих известных частиц довольно типично), то при этом должны возникать гамма-фотоны. Тотани изучил данные по излучению гамма-фотонов из центральной области нашей галактики и обнаружил, что в нем есть статистически значимый пик около 20 гигаэлектронвольт.

При этом излучение соответствует сферически симметричному гало вокруг центра нашей галактики. Исследователь попытался оценить влияние систематических неучтенных неопределенностей на данные, но пришел к выводу, что даже при их учете пик в районе 20 гигаэлектронвольт сохраняется.

Такие энергии гамма-фотонов укладываются в аннигиляцию для частиц с массой примерно в 500-800 раз больше протона и произведение сечения аннигиляции вимпов на скорость этого процесса в районе 5–8×10−25 кубических сантиметров на секунду. Тотани упоминает, что это сечение выше, чем полученные ранее другими группами реалистичные ограничения на величину такого сечения. Но считает, что это все равно возможно — если учесть различные неопределенности в исходных данных.

«Если все верно, то, насколько мне известно, это первый раз, когда человечество «увидело» темную материю. И тогда оказывается, что она состоит из новых частиц, не включенных в стандартную модель физики частиц, что будет существенным сдвигом как для астрономии, так и для физики», — полагает астроном.

Главным его аргументом остается то, что другие астрофизические источники гамма-излучения, известные науке сегодня, не должны показывать пик на 20 гигаэлектронвольт. В то же время отметим, что источники излучений высоких энергий в галактиках до сих пор изучены недостаточно, и открытия в этой области продолжают происходить — это может поставить его аргумент под сомнение. Другая проблема: на земных ускорителях вимпов с массой около 500-800 протонов пока никто не находил, хотя на их поиски ушли миллиардные суммы.

Naked Science уже писал, что все больше астрофизиков и космологов сомневаются как в существовании вимпов, так и в том, что сама темная материя состоит из частиц. Альтернативное объяснение их природы как компактных шаровых скоплений черных дыр активно набирает популярность в 2020-х годах.