Когда отсутствие сигнала — тоже сигнал: физики предлагают двухкомпонентную модель темной материи

Физики-теоретики из Фермилаб во главе с Горданом Крняичем обнаружили, что отсутствие сигнала гамма-излучения в карликовых галактиках не обязательно опровергает гипотезу о существовании темной материи  в центре Млечного Пути. Исследование, опубликованное в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предлагает новую модель, согласно которой темная материя может состоять из двух разных типов частиц, соотношение которых меняется в зависимости от космической среды.

Новое исследование, опубликованное в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предлагает радикально пересмотреть методы поиска темной материи. Его ключевая идея заключается в том, что отсутствие сигнала само по себе может быть значимым сигналом, а не поводом для исключения той или иной теории.

На протяжении десятилетий астрофизики наблюдают избыток гамма-излучения, исходящего из сферической области вокруг диска Млечного Пути. Этот феномен, зафиксированный космическим гамма-телескопом Fermi, может быть следствием аннигиляции частиц темной материи. Однако стандартные модели требуют, чтобы аналогичные сигналы наблюдались и в других системах, особенно в карликовых галактиках, которые богаты темной материей и имеют очень низкий астрофизический фон, что делает их идеальной средой для поиска «чистых» сигналов. Проблема в том, что в карликовых галактиках такого избытка гамма-лучей не обнаружено.

Физик-теоретик из Фермилаб Гордан Крняич, один из авторов исследования, поясняет дилемму: «Если некоторые теории темной материи верны, мы должны видеть ее в каждой галактике, например, в каждой карликовой галактике». В простейшем сценарии вероятность аннигиляции частиц не зависит от скорости, и тогда наличие сигнала в центре Галактики автоматически подразумевает его наличие в других местах. В альтернативном простом сценарии вероятность аннигиляции зависит от скорости, но тогда частицы в медленно движущихся галактиках аннигилируют крайне редко, и сигнал был бы невидим повсюду, что также не объясняет наблюдаемый избыток в Млечном Пути.

Чтобы разрешить это противоречие, Крняич и его коллеги предложили более сложную модель. Согласно их гипотезе, темная материя может состоять не из одного типа частиц, а из двух разных компонентов. Вероятность аннигиляции зависит не от скорости, а от встречи двух различных частиц, и, следовательно, от их относительной концентрации в каждой конкретной астрофизической системе.

В центре нашей галактики эти два типа частиц могут присутствовать в примерно равных пропорциях, что приводит к заметному гамма-излучению. В карликовых же галактиках соотношение может быть сильно смещено в пользу одного из компонентов, что делает аннигиляцию крайне маловероятной и объясняет отсутствие сигнала.

«В этой статье мы пытаемся показать, что может существовать иной тип зависимости от окружающей среды, даже если вероятность аннигиляции в центре галактики постоянна, – объясняет Крняич. Темная материя может состоять из двух разных частиц, и для того, чтобы аннигилировать, этим двум разным частицам необходимо встретиться». Таким образом, модель допускает, что отсутствие сигнала в карликовых галактиках не опровергает «темно-материальную» природу гамма-избытка в Млечном Пути, а лишь указывает на разницу в распределении двух компонентов темной материи.

Предложенная модель представляет собой более гибкую альтернативу стандартным сценариям. Она позволяет сохранить интерпретацию гамма-избытка в центре Галактики как результата аннигиляции темной материи, даже при отсутствии аналогичного сигнала в карликовых галактиках. Окончательная проверка этой гипотезы потребует более точных данных телескопа «Ферми» по карликовым галактикам и сравнения модели с более широким кругом астрофизических наблюдений, так как нынешняя интерпретация не является единственной.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях