Астрономия

Астрономы предложили новую гипотезу, способную объяснить странную аномалию в наблюдениях гамма-излучения в Млечном Пути. Но речь не идет об открытии новой формы темной материи, а лишь о еще одной модели в длинном ряду предположений о том, из чего она может состоять и как ведет себя.

О темной материи (ТМ) достоверно известно очень мало: по сути, только то, что она проявляет себя через гравитацию. Именно по ее влиянию на движение звезд и галактик ученые заключают, что во Вселенной есть значительная масса, наблюдать которую напрямую невозможно. При этом поведение галактик нельзя объяснить только видимой массой в рамках стандартных моделей гравитации.

Это весомый аргумент в пользу существования невидимой компоненты вещества. Правда, из чего именно состоит темная материя, неизвестно: на роль ее частиц обсуждаются самые разные кандидаты — от вимпов до аксионов, однако ни один из них подтвердить не удалось.

На этом фоне нерешенной остается и другая проблема. Избыток гамма-излучения, наблюдаемый в центре Млечного Пути, иногда интерпретируют как возможный сигнал аннигиляции темной материи. Последний известен как «галактический гамма-избыток», а обнаружили его с помощью космического телескопа Fermi. Он представляет собой устойчивое излучение в диапазоне гигаэлектронвольт и сосредоточен в центральных областях Галактики. Еще он статистически значим: его характерное распределение по небу и спектр в принципе можно объяснить аннигиляцией частиц ТМ.

Вот только аналогичные сигналы не находят в карликовых галактиках — объектах, почти полностью состоящих из ТМ и потому считающихся космическими лабораториями для таких поисков. Это противоречие долго подрывало интерпретацию сигнала из центра Галактики как проявления темной материи.

Теперь ученые предложили один из возможных способов это противоречие снять. В новой научной работе они рассмотрели модель, в которой ТМ состоит из двух близких по массе состояний частиц — легкого и чуть более тяжелого. Важно, что это не установленный факт, а чисто теоретическая конструкция, сопоставимая по степени спекулятивности с другими моделями.

Согласно этой гипотезе, гамма-излучение возникает только тогда, когда частицы из этих состояний взаимодействуют между собой. Однако переход частицы в более тяжелое состояние требует определенной энергии. В условиях центра Млечного Пути, где скорости частиц выше, такие переходы возможны, из-за чего и может возникать сигнал. В карликовых галактиках скорости куда ниже, и подобные процессы подавлены. Вот почему гамма-излучение в них почти не возникает.

Таким образом, модель позволяет объяснить, почему сигнал может присутствовать в одной среде и отсутствовать в другой. Но это не означает, что именно так устроена темная материя. Более того, сам «избыток» гамма-излучения в центре Галактики может иметь и вполне астрофизическое объяснение — например, быть связанным с популяцией миллисекундных пульсаров.

По итогу, статья, опубликованная на сервере препринтов Корнеллского университета, не столько приближает к разгадке природы темной материи, сколько демонстрирует, насколько гибкими могут быть теоретические модели. Сегодня в этой области существуют десятки конкурирующих гипотез, и ни у одной из них нет решающих подтверждений. Единственное, в чем ученые на сегодня уверены, — невидимая масса во Вселенной есть. А вот что это такое на самом деле, по-прежнему под вопросом.