Таинственный поток гамма-излучения исходит из центра Млечного Пути. Может ли это быть связано с тёмной материей?

Одной из самых обсуждаемых загадок в астрономии продолжает оставаться вопрос о том, может ли самоуничтожающаяся тёмная материя быть источником гамма-излучения из сердца Млечного Пути. Известный как Избыток в Центре Галактики, этот сферический гамма-лучевой свет, простирающийся на тысячи световых лет от ядра нашей галактики, ставит учёных в тупик уже более десяти лет.

Несмотря на то, что было предложено несколько возможных объяснений Избытка в Центре Галактики, включая популяцию быстро вращающихся нейтронных звёзд, называемых пульсарами, одним из самых распространённых является конкретный тип частиц тёмной материи. Тёмная материя — это загадочное вещество, которое составляет 85% материи во Вселенной. Она фактически невидима, поскольку не взаимодействует со светом или с "обычной" материей, состоящей из атомов. Этот факт привёл к предложению множества кандидатов на роль частиц тёмной материи, включая некоторые, которые самоуничтожаются. Это похоже на то, что происходит, когда электрон встречает свою антиматериальную пару, или позитрон. Оба аннигилируют друг друга, высвобождая энергию в космос.

Для самоуничтожающейся тёмной материи эти частицы были бы своими собственными антипартиями, что означает, что при взаимодействии они аннигилируют и высвобождают энергию в виде гамма-лучей. Учитывая, что тёмная материя превосходит обычную материю в соотношении пять к одному, можно было бы ожидать, что это аннигилирование происходит постоянно, заполняя космос гамма-лучами, но в этой модели тёмная материя редко взаимодействует сама с собой. Таким образом, аннигилирование тёмной материи является фактором только тогда, когда это загадочное вещество плотно сгруппировано в области, такой как сердце галактики.

К сожалению, исследовать сердце Млечного Пути действительно сложно.

"Интерпретировать сигнал особенно трудно, потому что Центр Галактики — это исключительно яркий и переполненный регион гамма-лучевого неба", — сказал член команды и исследователь Венского университета Флориан Лист в заявлении.

Переходя к сути

Чтобы выяснить, может ли самоуничтожающаяся тёмная материя действительно объяснить Избыток в Центре Галактики, Лист и его коллеги обратились к машинному обучению, обученному на более чем миллионе смоделированных гамма-излучений. Предыдущие аналогичные подходы указывали на сравнительно яркие, неразрешённые источники света как на потенциальный источник Избытка в Центре Галактики. Однако это новое исследование показало, что эти точечные источники, включая пульсары, будут чрезвычайно слабыми, и это хорошая новость для учёных, которые предпочитают самоуничтожающуюся тёмную материю в качестве причины этих гамма-лучей.

Это связано с тем, что, в то время как предыдущие исследования предполагали, что всего несколько сотен пульсаров могли бы быть достаточными для объяснения Избытка в Центре Галактики, эти результаты указывают на то, что популяция пульсаров в сердце Млечного Пути должна превышать 35,000.

"Наш новый анализ показывает, что источники должны быть настолько слабыми, что их будет почти невозможно отличить от излучения, ожидаемого от самоуничтожающейся тёмной материи", — сказал член команды Ник Родд, учёный Лаборатории Лоуренса Беркли.

Хотя это исследование может сохранить тёмную материю в игре как правдоподобное объяснение, оно далеко не подтверждает аннигилирование этого загадочного вещества как источник Избытка в Центре Галактики. "Происхождение Избытка в Центре Галактики — это один из самых длительных дебатов в астрофизике", — сказал Лист. "Наша работа не показывает, что тёмная материя ответственна за сигнал. Однако она предполагает, что ещё слишком рано исключать эту возможность."

Исследование команды было опубликовано в четверг (5 февраля) в журнале Physical Review Letters.