Поиски доказательств присутствия темной материи в Млечном Пути

Загадочное гамма-излучение, наблюдаемое вблизи центра нашей галактики Млечный Путь, десятилетиями является предметом интенсивных научных дискуссий. Основной вопрос заключается в его происхождении: является ли это свечение результатом столкновений гипотетических частиц темной материи или оно порождено астрофизическими объектами, такими как быстро вращающиеся нейтронные звезды, известные как миллисекундные пульсары. Согласно новому исследованию международной команды ученых под руководством профессора Джозефа Силка из Университета Джонса Хопкинса, опубликованному в журнале Physical Review Letters, обе эти теории в настоящее время выглядят одинаково вероятными.

Темная материя, которая, как предполагается, доминирует во Вселенной и удерживает галактики вместе, остается ненаблюдаемой напрямую, что делает поиск косвенных доказательств ее существования одной из ключевых задач современной астрофизики. Избыточное гамма-излучение из галактического центра рассматривается профессором Силком и его коллегами как потенциально первая серьезная зацепка для ее обнаружения.

Новизна данного исследования заключается в применении усовершенствованного компьютерного моделирования. Ученые впервые создали карты распределения темной материи в Млечном Пути, учитывая историю формирования галактики. Моделирование приняло во внимание, что современная галактика является относительно замкнутой системой, но на ранних этапах своего формирования, в течение первого миллиарда лет, она поглощала множество меньших галактикоподобных систем, состоящих из темной материи. Этот процесс привел к тому, что частицы темной материи притягивались к центру галактики, где их концентрация и частота столкновений увеличивались.

Ключевым достижением стало то, что смоделированные карты гамма-излучения, являющегося продуктом этих столкновений, продемонстрировали соответствие с реальными данными, полученными космическим гамма-телескопом «Ферми». Это соответствие стало важным аргументом в пользу гипотезы темной материи, добавив новый элемент в триаду доказательств, связывающих избыточное гамма-свечение с ее наличием. Исследователи подчеркивают, что сигнал и свойства излучения в их модели совпадают с наблюдаемыми, хотя это и не является окончательным доказательством.

В то же время, альтернативное объяснение через излучение миллисекундных пульсаров также остается состоятельным. Однако эта теория сталкивается с собственной трудностью: для того чтобы объяснить наблюдаемую картину излучения, требуется предположить существование большего количества таких пульсаров, чем было обнаружено на сегодняшний день.

Для разрешения этой дилеммы исследователи возлагают надежды на новый инструмент — строящийся гамма-телескоп Cherenkov Telescope Array. Его высокая разрешающая способность и возможность измерять высокоэнергетические сигналы позволят провести критический эксперимент. План заключается в том, чтобы проверить энергетический спектр гамма-лучей: миллисекундные пульсары должны давать излучение более высокой энергии, в то время как столкновения темной материи — более низкой. По мнению профессора Силка, ясный сигнал в таком эксперименте может стать неопровержимым доказательством.

Параллельно научная группа продолжит работу над прогнозированием распределения темной материи в карликовых галактиках-спутниках Млечного Пути. Последующее сравнение этих прогнозов с новыми данными высокого разрешения может либо подтвердить одну из теорий, либо, что также возможно, еще больше усложнить и без того запутанную загадку происхождения таинственного свечения в сердце нашей Галактики.