Телескоп "Фермі" можливо дозволив вперше "побачити" темну матерію

Японський астрофізик вважає, що гамма-випромінювання надзвичайно високої енергії, виявлене біля центру нашої галактики за допомогою "Фермі", могло виникнути через анігіляцію частинок темної матерії.

Про це розповідають у Токійському університеті, передають OstanniPodii.com.

На початку 1930-х років швейцарський астроном Фріц Цвіккі спостерігав, як галактики в космосі рухаються швидше, ніж це дозволяла їх маса, що спонукало його зробити висновок про наявність якоїсь невидимої структури — темної матерії — яка утримує галактики разом. Майже 100 років по тому космічний гамма-телескоп NASA «Фермі», можливо, надав прямі докази її існування, дозволивши вперше «побачити» невидиму матерію.

Досі вчені могли лише опосередковано спостерігати темну матерію через її вплив на спостережувану матерію, наприклад, через її здатність генерувати достатню гравітаційну силу, щоб утримувати галактики разом. На думку астрофізиків, темну матерію неможливо спостерігати безпосередньо з тієї причини, що частинки, з яких вона складається, не взаємодіють з електромагнітною силою, тобто темна матерія не поглинає, не відбиває та не випромінює світло.

Існує безліч теорій, але багато дослідників висувають гіпотезу, що темна матерія складається з так званих "масивних частинок, що слабко взаємодіють" (WIMP). Вони важчі за протони, але дуже мало взаємодіють з іншою матерією. Попри нестачу взаємодії, передбачається, що при зіткненні двох WIMP вони анігілюють і вивільнять інші частинки, включно з фотонами гамма-випромінювання.

У пошуках цих конкретних гамма-променів дослідники протягом багатьох років проводили астрономічні спостереження в регіонах, де може бути зосереджена темна матерія, таких як центр Чумацького Шляху. Використовуючи останні дані обсерваторії «Фермі», професор Томонорі Тотані з кафедри астрономії Токійського університету вважає, що нарешті виявив конкретні гамма-промені, передбачені анігіляцією теоретичних частинок темної матерії.

Дослідження Тотані опубліковано в журналі «Journal of Cosmology and Astroparticle Physics».

«Ми виявили гамма-промені з енергією фотонів 20 гігаелектронвольт (або 20 мільярдів електронвольт, що є надзвичайно великою кількістю енергії), які поширюються у вигляді галоподібної структури в напрямку центру галактики Чумацький Шлях. Компонент гамма-випромінювання точно відповідає формі, очікуваній від гало темної матерії», — сказав Тотані.

Спостережуваний енергетичний спектр, або діапазон інтенсивності випромінювання гамма-променів, відповідає випромінюванню, передбаченому в результаті анігіляції гіпотетичних WIMP, маса яких приблизно у 500 разів перевищує масу протона. Частота анігіляції WIMP, оцінена на основі виміряної інтенсивності гамма-променів, також знаходиться в межах теоретичних прогнозів.

Важливо, як зазначають у Токійському університеті, ці гамма-вимірювання не можна легко пояснити іншими, більш поширеними астрономічними явищами або випромінюванням гамма-променів. Тому Тотані вважає ці дані вагомим доказом випромінювання гамма-променів темною матерією, яку шукали протягом багатьох років.

«Якщо це правильно, то, наскільки мені відомо, це буде перший випадок, коли людство «побачило» темну матерію. І виявляється, що темна матерія — це нова частинка, яка не входить до поточної стандартної моделі фізики частинок. Це означає значний прогрес в астрономії та фізиці», — зазначив Тотані.

Хоча Тотані впевнений, що його вимірювання гамма-випромінювання виявляють частинки темної матерії, його результати повинні бути перевірені незалежним аналізом інших дослідників. Навіть після підтвердження вчені захочуть отримати додаткові докази того, що галоподібне випромінювання дійсно є результатом анігіляції темної матерії, а не походить від інших астрономічних явищ.

Додаткові докази зіткнень WIMP в інших місцях, де може спостерігатися висока концентрація темної матерії, підкріпили б ці попередні результати. Наприклад, виявлення гамма-випромінювання такої ж енергії в карликових галактиках, як у гало Чумацького Шляху, підтвердило б аналіз Тотані.

«Це можна буде зробити після накопичення більшої кількості даних, і якщо це станеться, то це надасть ще більш переконливі докази того, що гамма-промені походять від темної матерії», — сказав Тотані.