Найдено самое надёжное астрофизическое свидетельство аннигиляции тёмной материи
Исследуя спектры гамма-излучения, приходящего из областей, близких к центру Галактики, астрофизики из Германии и Китая обнаружили следы возможной аннигиляции частиц тёмной материи (ТМ).
Косвенные свидетельства того, что барионное вещество во Вселенной дополняется небарионной холодной тёмной материей, приносят самые разные космологические наблюдения, охватывающие расстояния от десятков килопарсеков до единиц гигапарсеков. Подходящими кандидатами на роль частиц ТМ считаются слабовзаимодействующие
Поиски частиц ТМ прямыми методами — на ускорителях и в опытах по рассеянию вимпов на ядрах — надёжных положительных результатов пока не дали, и экспериментаторы вынуждены обращаться к непрямым методикам. Наиболее перспективной из последних называют регистрацию почти свободно проходящего сквозь Галактику гамма-излучения — вестника аннигиляции вимпов. С обнаружением гамма-квантов успешно справляются и наземные (скажем,
Поскольку плотность ТМ прямо связана с частотой аннигиляции вимпов, наибольшее число сигнализирующих о ней гамма-квантов должно приходить из центра Млечного Пути, от
Впрочем, одна лишь пространственная модуляция потока гамма-квантов не говорит о том, что в центре Галактики или близлежащей карликовой галактике находится именно ТМ. Чтобы выделить действительно полезный сигнал, учёные анализируют не только пространственные, но и спектральные особенности потока и пытаются отыскать какие-нибудь линии или узкие пики, с высокой степенью вероятности относящиеся к аннигиляции вимпов. Теоретическая возможность появления таких пиков существует, хотя шансы на образование широких «горбов» в спектре, которые создаются вторичными фотонами, рождёнными при адронизации и распаде первичных продуктов аннигиляции частиц ТМ (пар кварков, лептонов, бозонов Хиггса,
Ненадёжность аннигиляционных сигналов от вторичных фотонов объясняет, почему специалисты относятся к ним с недоверием. Сообщения о подобных гамма-сигналах, исходящих из центра Галактики и интерпретируемых как следы частиц ТМ с массой в
Один из вариантов определения области Млечного Пути, в которой «Ферми» проводит измерения потока гамма-квантов, намереваясь отыскать следы тёмной материи (иллюстрация из Journal of Cosmology and Astroparticle Physics).
Обнаруженный телескопом пик на ~130 ГэВ (иллюстрация из Journal of Cosmology and Astroparticle Physics).
Новый сигнал, для обнаружения которого понадобился огромный массив информации, составленный космическим гамма-телескопом «
Пока никаких данных, противоречащих изначальной интерпретации пика в спектрах «Ферми», представлено не было, и 130-гигаэлектронвольтовый сигнал считается надёжнейшим из известных. В будущем ситуация вполне может измениться; уже сейчас выясняются кое-какие любопытные детали, которые грозят разрушить картину, нарисованную теоретиками.
Во-первых, центр происхождения сигнала, кажется, смещён на ~1,5 градуса (200 пк) от центра Галактики. Хотя возможность того, что участок максимальной плотности ТМ не будет совпадать с центром спиральных галактик с перемычкой, напоминающих Млечный Путь, при моделировании рассматривалась и раньше, значительное смещение, обнаруженное в реальном эксперименте, удивило многих.
Во-вторых, результаты простейшей проверки указывают на то, что пик в области 130 ГэВ может оказаться инструментальным артефактом, характерным для космического телескопа и его детекторов. Как выяснилось, некое подобие линии на 130 ГэВ выделяется в спектрах, построенных для обнаруженных «Ферми» фотонов из атмосферы Земли (то есть из ливней частиц, создаваемых космическими лучами) с углами падения θ от 30˚ до 45˚. Этот сигнал, в отличие от обсуждаемого нами «реального», имеет слабую значимость и пропадает, если рассматривать все углы падения атмосферных квантов или все — и астрофизические, и атмосферные — фотоны в диапазоне 30˚ ≤ θ ≤ 45˚, но само его появление настораживает.
130-гигаэлектронвольтовый пик, несомненно, будет обсуждаться ещё очень долго, и обойтись наблюдениями одного «Ферми» здесь не получится. Подтвердить или опровергнуть его данные должны новые космические телескопы с бóльшим энергетическим разрешением (DAMPE, «
Подготовлено по материалам arXiv ([