Международная группа астрономов зафиксировала высокоэнергетический сигнал гамма-излучения, характеристики которого соответствуют теоретическим предсказаниям для частиц темной материи. Это открытие потенциально представляет первое прямое наблюдательное свидетельство существования этой неуловимой космической субстанции. Идея о «тёмной материи» возникла ещё в начале 1930-х годов, когда швейцарский астроном Фриц Цвикки обратил внимание, что многие галактики движутся значительно быстрее, чем это позволяла бы их видимая масса. Эта необычная динамика натолкнула его на мысль о существовании некой невидимой структуры — тёмной материи — которая обеспечивает дополнительное гравитационное притяжение, необходимое для сохранения целостности галактик. Почти столетие спустя космический гамма-телескоп Fermi от NASA, возможно, получил первые прямые доказательства этой загадочной субстанции, открывая перспективу наконец-то «увидеть» темную материю.
С момента своего выдвижения концепция темной материи оставалась одной из величайших неразгаданных тайн астрономии. До сих пор учёные могли изучать её лишь косвенно, наблюдая за её воздействием на обычную материю, например, за её способностью удерживать галактики вместе гравитационным притяжением. Прямое обнаружение частиц темной материи ранее было невозможно, поскольку они не взаимодействуют с электромагнитной силой — то есть не поглощают, не отражают и не излучают свет.
Согласно одной из ведущих гипотез, темная материя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц, или WIMP (от англ. weakly interacting massive particles). Эти частицы, как предполагается, тяжелее протонов и настолько слабо взаимодействуют с обычным веществом, что их чрезвычайно трудно обнаружить. Однако теория предсказывает, что при столкновении двух WIMP они аннигилируют, высвобождая энергичные частицы, в том числе фотоны гамма-излучения.
В течение многих лет учёные исследовали области, где, по расчётам, должна быть сконцентрирована темная материя, в особенности центр Млечного Пути, в поисках этих специфических гамма-лучей. Используя новые данные, полученные с космического гамма-телескопа Fermi, профессор Томонори Тотани из Токийского университета считает, что ему удалось идентифицировать предсказанный гамма-сигнал, связанный с аннигиляцией частиц темной материи. Его выводы опубликованы в издании Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
«Мы зафиксировали гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт (что является чрезвычайно большой величиной), распространяющиеся в виде галообразных структур по направлению к центру галактики Млечный Путь. Компонент гамма-излучения точно соответствует форме, ожидаемой от гало тёмной материи», — пояснил профессор Тотани.
Измеренный энергетический спектр гамма-лучей, описывающий изменение интенсивности излучения, тесно совпадает с модельными предсказаниями для аннигиляции гипотетических WIMP-частиц, массы которых примерно в 500 раз превышают массу протона. Оценочная частота этих аннигиляционных событий, основанная на наблюдаемой интенсивности гамма-излучения, также укладывается в ожидаемые теоретические диапазоны.
Профессор Тотани подчеркивает, что наблюдаемая картина гамма-излучения с трудом объясняется другими известными источниками или более распространенными астрофизическими процессами. Поэтому он рассматривает полученные данные как сильного кандидата на долгожданное гамма-излучение от темной материи. «Если это подтвердится, то, насколько мне известно, впервые в истории человечество «увидело» темную материю. И оказывается, что темная материя — это новая частица, не включенная в текущую Стандартную модель физики частиц. Это означает крупное достижение в астрономии и физике», — отметил Тотани.
Несмотря на уверенность в своём анализе, Тотани особо подчеркивает необходимость независимого подтверждения. Другим исследователям предстоит изучить данные, чтобы убедиться, что галообразное излучение действительно является результатом аннигиляции темной материи, а не другим астрофизическим источником.
Дополнительное подтверждение можно будет получить, обнаружив аналогичную гамма-сигнатуру в других областях, богатых темной материей. Особенно перспективными в этом отношении считаются карликовые галактики, обращающиеся в гало Млечного Пути. «Такое обнаружение может произойти после накопления большего объема данных, и если это случится, это предоставит ещё более веские доказательства того, что гамма-лучи исходят от темной материи», — заключил Тотани.
