Темная материя является наиболее вероятным источником избытка гамма-излучения из галактического центра
В недалеком прошлом космические миссии, посвященные изучению астрофизических сигналов в высокоэнергетичном спектре, выявили ряд загадочных излишеств, не предусмотренных теоретическими моделями. Для того, чтобы найти объяснение этим аномалиям, было предложено много решений. Наиболее захватывающая гипотеза ссылается на причастность неуловимой темной материи - загадочной формы материи, которой в четыре раза больше, чем барионной материи, и которую в настоящее время ученые обнаружили лишь по гравитационным эффектам.
Об этом рассказывают в Национальном институте ядерной физики (INFN, Италия).
Два недавних теоретических исследования, проведенные Маттиа ди Мауро из туринского подразделения INFN, одно из которых было опубликовано недавно в "Physical Review D", подтверждают, что это объяснение совместимо с измеренными излишествами, еще раз демонстрируя, что оно не опровергается потенциальными разногласиями между теоретическими и наблюдательными данными. Полученные результаты основаны на инновационном и усовершенствованном анализе, который сравнивает данные, полученные за последние 11 лет основным прибором на борту космической обсерватории "Ферми" — Large Area Telescope (LAT) — с результатами измерений других астрономических аномалий, зафиксированных орбитальным детектором Pamela и экспериментом "Альфа-магнитных спектрометр "(AMS-02) на борту Международной космической станции. Управление Pamela и AMS осуществляется в рамках международного сотрудничества, в котором INFN играет решающую роль.
Начиная с 2009 года, когда измерения обсерватории Ферми показали избыток фотонов с энергиями, равными или большими за 1 ГэВ (в 2000 раз превышает массу электрона), поступающих из центра нашей галактики, астрофизическое сообщество пыталось объяснить эти наблюдения несколькими способами, включая возможное присутствие тысяч слабых пульсаров вблизи галактического центра и потенциальный вклад гамма-излучения, предоставленный темной материей. Эти анализы были подвергнуты большой неопределенности, поскольку они ссылались на модели так называемого астрофизического гамма-фона, вырабатываемого космическими лучами или известными источниками, которые, хотя и могут включать определенную изменчивость, склонны к большим ошибкам.
Для более точного описания свойств гамма-излучения и оценки того, на самом деле ли оно совместимо с темной материей, новое исследование опиралось на широкий набор данных, собранных за последний год LAT, и использовало технику анализа, которая минимизирует неопределенности астрофизического фона путем подбора нескольких моделей. "Использованная методология анализа, - объясняет Маттиа ди Мауро, - предоставила очень актуальную информацию о пространственном распределении избытка гамма-излучения, которая может объяснить, что порождает избыток высокоэнергетичных фотонов в галактическом центре. Если избыток был вызван, например, вследствие взаимодействия космических лучей с атомами, то можно было бы ожидать, что при более низких энергиях мы наблюдали бы его более большое пространственное распределение, а при более высоких энергиях - более низкую диффузию из-за распространения космических частиц. Мое исследование, с другой стороны, подчеркивает, что пространственное распределение избытка не меняется в зависимости от энергии. Этот аспект никогда ранее не наблюдался, и его можно объяснить интерпретацией присутствия темной материи. Это потому, что мы считаем, что частицы, которые составляют ореол темной материи, должны иметь подобные энергии. Анализ четко показывает, что избыток гамма-излучения сосредоточен в галактическом центре, именно то, что мы ожидали бы найти в сердце Млечного Пути, если бы темная материя на самом деле была новым видом частиц".
Второе исследование, которое будет опубликовано в том же журнале, исследует обоснованность гипотезы о темной материи, используя предсказания с большей модели, описывающей возможные взаимодействия частиц этого неуловимого компонента Вселенной. Теоретическая модель продемонстрировала, как существование частиц темной материи не опровергается другими аномалиями, зафиксированными на астрофизической фоне. Сюда входят избыток позитронов, измеренный Pamela и AMS-02, если это связано с избытком темной материи, и невыявление высокоэнергетических фотонов из близких к нам карликовых галактик, чьи звездные движения намекают на наличие высоких концентраций темной материи.
Ди Мауро говорит: "Начиная с физической модели, разработанной в этой второй работе, после рассмотрения различных результатов взаимодействия и аннигиляции частиц темной материи, альтернативы, которые предшествовали бы образование высокоэнергичных фотонов, мы проверили, какая из этих возможностей лучше соответствует избытку гамма-излучения галактического центра, а также учитывая избыток позитронов и невыявление гамма-излучения из карликовых галактик. Это сравнение позволило получить точные свойства темной материи, свойства, совместимые с избытком галактического центра и верхними пределами, выявленными в других данных о частицах".
! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.