Правда ли, что телескоп NASA впервые «увидел» темную материю?
Темная материя — один из самых таинственных и, в то же время, важных для астрономии феноменов, который обсуждается и изучается уже много десятков лет. Недавно сотрудники Токийского университета заявили, что совершили прорыв в этой сфере, но некоторые ученые все-таки сомневаются в их выводе. Портал livescience.com рассказал, почему.
Телескоп NASA Fermi, изучающий свет в высокоэнергетическом спектре, заметил в центре Млечного пути выбросы частиц, связанных с темной материей. Так утверждают авторы научной работы из Токийского университета, опубликованной в издании Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Хотя это не первое громкое заявление, сделанное с помощью Fermi, если авторы работы правы, то это первый случай наблюдения за темной материей в истории человечества.
Для контекста, темная материя — субстанция, которая, по мнению специалистов, составляет большую часть материи во вселенной. На сегодняшний день ее можно отследить лишь по гравитационному влиянию на другие объекты. Например, в монографии 1933 года швейцарский астроном Фриц Цвикки заявил, что далекие галактики движутся друг вокруг друга быстрее, чем предсказывали расчеты, потому что математические прогнозы строятся лишь на видимой материи, которую можно рассмотреть в телескоп. Поэтому наиболее вероятным виновником стала темная материя, не излучающая свет.
О темной материи строили разные теории, но сегодня большинство астрономов склоняются ко мнению, что она состоит из субатомных частиц. Так, работа ученых из Токио фокусируется на одной популярной гипотезе — слабовзаимодействующей массивной частице, или WIMP.
WIMP выходят за рамки стандартной модели физики частиц, которая успешно показывает, как фундаментальные элементы материи взаимодействуют друг другом. Проблема в том, что эта модель не учитывает существование или силу притяжения темной материи. WIMP тяжелее протонов и почти не взаимодействуют с другими типами материи, но при столкновении двух таких частиц они уничтожают друг друга и энергетически высвобождают другие частицы, в том числе фотоны гамма-излучения.
Для поисков гамма-излучения, связанного со столкновениями WIMP, многие исследователи фокусировались на скоплениях темной материи, вроде центра Млечного пути. Данные, собранные за 15 лет наблюдений через телескоп Fermi, показали, что гамма-лучи сформировали похожую на нимб структуру, похожую на ту, что должна быть у нимба темной материи. К тому же, эти лучи очень насыщенны энергией — еще одна характерная черта столкновения гипотетических WIMP.
Но критики работы отмечают, что сигнал появляется только в том случае, если убрать фон — то есть, любые источники энергетических фотонов, исходящие из Млечного пути, включая центр и диск галактики. Определенный объем энергии также излучают пузыри Ферми — две огромные зоны газа и космических лучей, нависающих над Млечным путем.
Исследования, изучающие источники энергии в Млечном пути, обязаны учитывать этот фоновый шум и «вычитать» его, чтобы найти истинный сигнал. Не говоря уже о том, что сигнал может зависеть и от типа частиц темной материи — ее массы, фундаментальных свойств и взаимодействий.
Тем не менее, астрономы из Токио уверены, что, несмотря на резонные сомнения, потенциально их находка может стать выдающейся. Не только для будущего астрономических наблюдений, но и непосредственно для моделирования темной материи.