Центр нашей галактики может быть полон частиц темной материи

Таинственный избыток гамма-лучей в центре Млечного Пути может быть вызван столкновениями частиц темной материи друг с другом и их уничтожением.

Центр нашей Галактики ведёт себя странно, и это может быть связано с тёмной материей. В 2009 году наблюдения с помощью космического гамма-телескопа «Ферми» выявили удивительно высокую концентрацию гамма-излучения, исходящего из центра Млечного Пути. Это явление получило название «избыток гамма-излучения в центре Галактики» (GCE). Теперь же моделирование указывает на то, что это гамма-излучение может быть результатом аннигиляции частиц тёмной материи.

Споры о причинах возникновения GCE не утихают с момента его первого обнаружения, и за прошедшие годы появились два основных объяснения. Первое заключается в том, что источником GCE может быть пока не наблюдаемая популяция пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звёзд, испускающих мощные пучки излучения.

Второе объяснение заключается в том, что источником этого явления могут быть слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), которые долгое время считались основными кандидатами на роль частиц тёмной материи. Эти частицы практически не взаимодействуют с частицами обычной материи, но если две из них случайно столкнутся, они аннигилируют, вызвав всплеск гамма-излучения.

В последние годы объяснение с помощью тёмной материи утратило популярность, отчасти потому, что прямые поиски вимпов не дали никаких результатов. «Учитывая отсутствие прямых доказательств существования тёмной материи, несмотря на очень тщательные поиски, для интерпретации с помощью тёмной материи требуется более весомое бремя доказательств», — говорит Джефф Груб из Королевского колледжа Лондона.

Другая причина, по которой эта интерпретация отошла на второй план, заключается в том, что мы ожидали бы, что тёмная материя в центре галактики будет иметь сферическую форму, а GCE не сферическая, а скорее сплющенная в центре. Однако новые моделирования, проведённые Джозефом Силком и его коллегами из Университета Джонса Хопкинса в Мэриленде, показывают, что это может и не быть проблемой.

Эти симуляции учитывали историю Млечного Пути более подробно, чем предыдущие исследования GCE. «Мы знаем, что миллиарды лет назад наша галактика пережила слияния с рядом более мелких галактик, и они принесли с собой тёмную материю», — говорит Силк. «Следствием этой истории является то, что никто в здравом уме не ожидал бы, что центр галактики будет сферически симметричным».

Результаты подтвердили это, показав сплющенное распределение темной материи, соответствующее форме GCE. Это возвращает нас к интерпретации с точки зрения темной материи. Но загадка пока не разгадана — пульсары также остаются приемлемым объяснением. «В лучшем случае это оставляет ситуацию неоднозначной», — говорит Грубе.

Имеющиеся у нас сейчас обсерватории гамма-излучения недостаточно мощны, чтобы различить эти два объяснения, но мы сможем разобраться с помощью Обсерватории с черенковскими телескопами, которая строится на Канарских островах и в Чили и, как ожидается, начнет наблюдения в 2026 году.

«В каком-то смысле существует 50-процентная вероятность того, что мы обнаружили тёмную материю в огромных количествах, но для этого потребуется новый телескоп», — говорит Силк. Если GCE обусловлен тёмной материей, это даст нам наилучшую возможность понять эту странную и загадочную субстанцию, которая удерживает космос воедино.

Physical Review Letters DOI: 10.1103/g9qz-h8wd

Источник: www.newscientist.com