Гамма-лучи из центра Млечного Пути выдали главную тайну Вселенной — что держит галактики вместе

Тёмная материя составляет 27 % Вселенной — The Guardian

Вот уже почти столетие учёные гадают над загадкой невидимой материи, которая, как считается, пронизывает всю Вселенную. Недавние данные японского астрофизика профессора Томонори Тотани могут приблизить науку к разгадке одной из самых сложных космических тайн.

Но так ли это на самом деле, и не слишком ли рано говорить о прорыве? Об этом сообщает The Guardian.

Тёмная материя: что мы о ней знаем

Тёмная материя — термин, появившийся ещё в 1930-х годах благодаря наблюдениям швейцарского астронома Фрица Цвикки. Он заметил, что некоторые далёкие галактики вращаются с такой скоростью, которую невозможно объяснить только наличием видимой материи.

Так появилась гипотеза о существовании некоего невидимого вещества, способного удерживать галактики вместе своим гравитационным полем. С тех пор предположения учёных о природе тёмной материи только усложнялись, а поиски её частиц продолжаются до сих пор.

Современная космология считает, что тёмная материя может составлять около 27 % всей массы Вселенной. В отличие от обычной материи, она не взаимодействует с электромагнитным излучением: не поглощает, не испускает и не отражает свет. Отследить её напрямую невозможно, поэтому учёные ищут косвенные признаки — гравитационные эффекты, а также сигналы от гипотетических частиц.

Исследование профессора Тотани: шаг к разгадке

Профессор Томонори Тотани из Токийского университета уверен, что его работа может привести к долгожданному научному прорыву. Проанализировав данные космического гамма-телескопа NASA "Ферми", он обнаружил специфические сигналы — гамма-лучи, исходящие из центра Млечного Пути. Эти излучения, по форме и спектру, совпадают с теоретическими моделями, предсказывающими сигналы от аннигиляции частиц тёмной материи.

"Это может стать решающим прорывом в понимании природы тёмной материи", — сказал профессор Томонори Тотани, астрофизик из Токийского университета.

В рамках одной из самых популярных теорий считается, что тёмная материя состоит из вимпов — слабо взаимодействующих массивных частиц. Они не только тяжёлые по сравнению с обычными частицами, но и практически не взаимодействуют с окружающей материей.

Если две такие частицы сталкиваются, они могут аннигилировать и выделять энергию в виде гамма-лучей. Именно такой сигнал и увидел Тотани.

По его расчётам, если наблюдаемое излучение действительно связано с тёмной материей, масса её частиц в 500 раз превышает массу протона.

Сомнения и критика: мнение научного сообщества

Несмотря на оптимизм японского учёного, другие астрофизики и специалисты по тёмной материи советуют относиться к результатам с осторожностью. За последние десятилетия уже были десятки работ, в которых авторы находили потенциальные "следы" тёмной материи, однако ни одна из них не выдержала проверки временем.

"Для экстраординарного заявления нужны экстраординарные доказательства. Этот анализ пока не достиг такого уровня. Это работа, которая служит стимулом для исследователей в этой области", — заявил профессор Кинва Ву, астрофизик-теоретик из Университетского колледжа Лондона.

Ещё один аспект, вызывающий вопросы, — отсутствие аналогичных гамма-сигналов в других областях космоса. Если частицы тёмной материи действительно аннигилируют в центре нашей галактики, то подобные явления должны фиксироваться и в карликовых галактиках, где влияние обычной материи минимально. Однако такие сигналы пока не обнаружены.

"Отсутствие значимых сигналов от таких галактик убедительно доказывает, что Тотани не видел гамма-лучи, испускаемые при аннигиляции частиц тёмной материи", — отметил профессор Джастин Рид, астрофизик из Университета Суррея.

Скептицизм понятен: до сих пор не удалось однозначно выделить сигнал, который нельзя объяснить другими астрофизическими процессами или шумом на фоне космического излучения. Для окончательных выводов потребуется гораздо больше наблюдений и анализов.

Почему поиски тёмной материи так сложны

На протяжении десятилетий исследователи пытались поймать частицы тёмной материи различными способами. Строились наземные детекторы на глубине под землёй, запускались космические телескопы, проводились эксперименты на крупнейших ускорителях мира, включая Большой адронный коллайдер. Но ни один из экспериментов пока не дал безусловного результата.

Сложность проблемы связана с самой природой тёмной материи. Она практически не взаимодействует с привычной для нас материей, что делает её неуловимой для любых известных детекторов. Исследователи могут лишь косвенно судить о её существовании по гравитационным искажениям и космическому фону.

Тем не менее, гамма-лучи остаются одним из перспективных способов обнаружения таких частиц. Если вимпы аннигилируют, они должны порождать фотоны высокой энергии. Данные телескопа "Ферми" обрабатываются по всему миру, но пока что ни один результат не признан окончательным.

Сравнение основных теорий тёмной материи

В современном научном сообществе обсуждаются несколько гипотез о том, из чего может состоять тёмная материя:

Вимпы (WIMPs) — наиболее популярные кандидаты. Это массивные частицы, которые редко взаимодействуют с обычной материей.
Аксионы — гипотетические лёгкие частицы, существование которых пока не подтверждено, но они могут объяснять часть космических явлений.
Стерильные нейтрино — разновидность нейтрино, не взаимодействующая с другими частицами стандартной модели.
Макроскопические объекты (MAChOs) — чёрные дыры, нейтронные звёзды и другие экзотические астрофизические тела, не испускающие свет.

Каждая из этих теорий имеет свои плюсы и минусы, а исследования вроде работы Тотани могут подтвердить одну из них или показать необходимость поиска новых моделей.

Плюсы и минусы подхода профессора Тотани

Преимущества:
• Использование современных данных космического телескопа, что обеспечивает высокую точность наблюдений.
• Сопоставление полученных сигналов с теоретическими моделями, что позволяет отсеять часть альтернативных объяснений.
• Новизна подхода, ориентированного на гамма-излучение из центра галактики.

Недостатки:
• Необходимость исключить альтернативные астрофизические источники излучения.
• Отсутствие подтверждения аналогичных сигналов в других объектах, например в карликовых галактиках.
• Высокая вероятность того, что сигнал может быть связан с обычными процессами внутри Млечного Пути, а не с тёмной материей.