Темна матерія є найбільш вірогідним джерелом надлишку гамма-випромінювання з галактичного центру

У недалекому минулому космічні місії, присвячені вивченню астрофізичних сигналів у високоенергійному спектрі, виявили ряд загадкових надмірностей, не передбачених теоретичними моделями. Для того, щоб знайти пояснення цим аномаліям, було запропоновано багато рішень. Найбільш захоплююча гіпотеза посилається на причетність невловимої темної матерії — таємничої форми матерії, якої в чотири рази більше, ніж баріонної матерії, і яку на теперішній час вчені виявили лише за гравітаційними ефектами.

Про це розповідають в Національному інституті ядерної фізики (INFN, Італія).

Два недавні теоретичні дослідження, проведені Маттіа ді Мауро з туринського підрозділу INFN, одне з яких було опубліковано нещодавно у “Physical Review D”, підтверджують, що це пояснення сумісне з виміряними надмірностями, ще раз демонструючи, що воно не спростовується потенційними розбіжностями між теоретичними та спостережними даними. Отримані результати ґрунтуються на інноваційному та вдосконаленому аналізі, який порівнює дані, отримані за останні 11 років головним приладом на борту космічної обсерваторії “Фермі” — Large Area Telescope (LAT) — з результатами вимірювань інших астрономічних аномалій, зафіксованих орбітальним детектором Pamela та експериментом “Альфа-магнітний спектрометр” (AMS-02) на борту Міжнародної космічної станції. Керування Pamela та AMS здійснюється у рамках міжнародної співпраці, у якій INFN відіграє вирішальну роль.

Починаючи з 2009 року, коли вимірювання обсерваторії Фермі показали надлишок фотонів з енергіями, рівними або більшими за 1 ГеВ (у 2000 разів перевищує масу електрона), що надходять із центру нашої галактики, астрофізичне співтовариство намагалося пояснити ці спостереження кількома способами, включаючи можливу присутність тисяч слабких пульсарів поблизу галактичного центру та потенційний внесок гамма-випромінювання, наданий темною матерією. Ці аналізи були піддані великій невизначеності, оскільки вони посилалися на моделі так званого астрофізичного гамма-фону, що виробляється космічними променями або відомими джерелами, які, хоча і можуть включати певну мінливість, схильні великим помилкам.

Новини за подібною темою:

		У нашій галактиці знайдено наймасивнішу чорну діру зоряної маси
		Навколо Чумацького Шляху виявлено дивну зоряну систему
		Нове дослідження показує, що нашому Всесвіту не обов′язкова темна матерія

Для більш точного опису властивостей гамма-випромінювання та оцінки того, чи воно насправді сумісне з темною матерією, нове дослідження спиралося на найширший набір даних, зібраних за останній рік LAT, та використовувало техніку аналізу, яка мінімізує невизначеності астрофізичного фону шляхом добирання декількох моделей. "Використана методологія аналізу, - пояснює Маттіа ді Мауро, - надала дуже актуальну інформацію про просторовий розподіл надлишку гамма-випромінювання, яка може пояснити, що породжує надлишок високоенергійних фотонів у галактичному центрі. Якщо надлишок був викликаний, наприклад, внаслідок взаємодії космічних променів з атомами, то можна було б очікувати, що за більш низьких енергій ми спостерігали б його більший просторовий розподіл, а при більш високих енергіях — більш низьку дифузію через розповсюдження космічних частинок. Моє дослідження, з іншого боку, підкреслює, що просторовий розподіл надлишку не змінюється в залежності від енергії. Цей аспект ніколи раніше не спостерігався, і його можна пояснити інтерпретацією присутності темної матерії. Це тому, що ми вважаємо, що частинки, які складають ореол темної матерії, повинні мати подібні енергії. Аналіз чітко показує, що надлишок гамма-випромінювання зосереджений у галактичному центрі, саме те, що ми очікували б знайти у серці Чумацького Шляху, якби темна матерія насправді була новим видом частинок".

Друге дослідження, яке буде опубліковане в тому ж журналі, досліджує обґрунтованість гіпотези про темну матерію, використовуючи передбачення з більшої моделі, яка описує можливі взаємодії частинок цього невловимого компонента Всесвіту. Теоретична модель продемонструвала, як існування частинок темної матерії не спростовується іншими аномаліями, зафіксованими на астрофізичному фоні. Сюди входять надлишок позитронів, виміряний Pamela та AMS-02, якщо це пов’язано з надлишком темної матерії, та невиявлення високоенергетичних фотонів з близьких до нас карликових галактик, чиї зоряні рухи натякають на наявність високих концентрацій темної матерії.

Ді Мауро каже: "Починаючи з фізичної моделі, розробленої у цій другій роботі, після розгляду різних результатів взаємодії та анігіляції частинок темної матерії, альтернативи, які передували б утворенню високоенергійних фотонів, ми перевірили, яка з цих можливостей найкраще відповідає надлишку гамма-випромінюванню галактичного центру, а також враховуючи надлишок позитронів та невиявлення гамма-випромінювання з карликових галактик. Це порівняння дозволило отримати точні властивості темної матерії, властивості, сумісні з надлишком галактичного центру та верхніми межами, виявлених в інших даних про частинки".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Темна матерія
• Чумацький Шлях