Причастна ли темная материя к гамма-лучам из центра галактик?

Исследования двух независимых экспертных групп из США и Нидерландов показывают, что наблюдаемые гамма-лучи из центра нашей галактики, вероятно, исходят из источника, не имеющего отношения к темной материи. Считается, что к феномену причастны быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые станут главными целями для будущих исканий ученых. Группа Princeton/MIT и другая группа экспертов из Нидерландов использовали два различных метода: анти-пуассоновский метод и интегральное вейвлет-преобразование. Обе группы самостоятельно пришли к выводу, что лучевые гамма-сигналы не были вызваны темной материей.

Всплески гамма-лучей из центра нашей галактики, вероятно, не являются признаком действия темной материи, а скорее другим астрофизическим явлением, вроде быстровращающихся звезд, называемых пульсарами — в соответствии с двумя новыми исследованиями групп, базирующихся в Принстонском университете и Массачусетском технологическом институте и Нидерландах.

Предыдущие исследования показали, что гамма-лучи, идущие из плотной области пространства в центре галактики Млечный Путь, порождены столкновениями невидимых частиц темной материи. Но с использованием новых методов статистического анализа две исследовательских группы независимо обнаружили, что гамма-сигналы не характерны тем, которые способна образовывать темная материя. Обе команды обнародовали данные в недавнем выпуске Physical Review Letters.

«Наши исследования показывают, что мы обнаружили свидетельство нового неразгаданного астрофизического источника гамма-лучей в центре галактики. Небосвод трудно анализировать, ведь существуют другие астрофизические сигналы, которые путаются с сигналами темной материи», — сказала Мариангела Лоисанти, доцент кафедры физики в Принстоне.

Центр галактики Млечный Путь, как полагают, содержит темную материю в огромной концентрации, а также плотные скопления звезд и черных дыр. Запечатление столкновения темной материи в галактическом центре станет ключом в понимании образования галактик. «Нахождение прямых доказательств этих столкновений побудит множество споров, которые приведут к пониманию взаимосвязи между темной и обычной материей», — сказал Бенджамин Сафди, научный сотрудник Массачусетского технологического института. В 2014 году он получил степень доктора философии в Принстоне.

Чтобы определить, идут ли сигналы от темной материи и других источников, исследовательская группа Princeton/MIT обратилась к особым методам обработки изображений. Они разгадали, как гамма-лучи должны выглядеть, если те образуются от столкновения гипотетических частиц темной материи, известных как слабовзаимодействующие частицы массы, или вимпы. Для анализа, доктора Лисанти, Сафди и Самуэль Ли, бывший научный сотрудник Принстона, который сейчас работает в Broad Institute, вместе с коллегами Вэй Сюэ и Трейси Слатьер в МТИ, изучили изображения гамма-лучей, захваченных телескопом НАСА Fermi Gamma-ray Space Telescope, который занят поисками и фотографированием лучей с 2008 года.

Частицы темной материи, как полагают, составляют около 85 процентов от массы Вселенной, но они никогда не были непосредственно обнаружены. Столкновение двух вимпов, в соответствии с общепринятой моделью темной материи, заставляет их уничтожать друг друга, производя гамма-лучи, которые являются самой мощной и смертоносной энергией во Вселенной.

Заряженные энергией частицы света, или фотоны, анализируются на пиксельном уровне в изображениях, сделанных телескопом Fermi. В отличие от других источников, таких как вращающиеся звезды, известных как пульсары, вспышки света отображаются в виде отдельных ярких пикселей.

Исследователи применили статистический метод анализа изображений на собранных телескопом Fermi материалах и обнаружили, что распределение фотонов было массивным, указывая на то, что гамма-лучи вряд ли могут быть вызваны столкновением частиц темной материи.

Не известно, что служит источником гамма-лучей. По мнению Лисанти, это могут быть очень старые быстро вращающиеся звезды, известные как миллисекундные пульсары с периодом вращения в диапазоне от 1 до 10 миллисекунд. По ее мнению, источник гамма-лучей можно найти с использованием телескопов улавливающих радиочастоты.

Дуглас Финкбейнер, профессор астрономии и физики в Гарвардском университете, который не был непосредственно вовлечен в исследование, сказал, что хотя вывод исключает темную материю, он ведет к другим важным разгадкам.

«Работу астрофизиков можно охарактеризовать наблюдением за вселенной, получая и анализируя ее данные. Конечно, было бы замечательно не только найти темную материю, но выяснить принцип ее работы», — слова доктора Финкбейнера.

Согласно Кристофу Венигеру из Университета Амстердама, ведущего специалиста в исследованиях Нидерландской команды, находка темной материи принесет много благ, и мы найдем сотни и тысячи пульсаров в предстоящем десятилетии, пролив свет на историю формирования Млечного Пути. Также анализ темной материи подтвердит или исключит ее причастность к гамма-лучам.