Понад десять років тому за допомогою космічного телескопа Фермі було виявлено надлишок гамма-випромінювання, що надходить з центра Молочного Шляху. Це відкриття деякі фізики сприйняли як доказ розпаду частинок темної матерії. Тепер група науковців, яку очолювали дослідники з Каліфорнійського університету в Ірвайні, заперечила таке тлумачення.
У статті, опублікованій нещодавно в журналі Physical Review D, вчені з кількох наукових установ повідомили, що аналіз даних, отриманих телескопом Фермі, та комп’ютерне моделювання дало їм змогу визначити: джерелом гамма-променів не можуть бути масивні частинки зі слабкою взаємодією, які в теорії розглядають в якості носія темної матерії.
Оскільки внаслідок розпаду цих частинок може виникати енергія до 300 гігаелектронвольт, то їх усунення з розгляду, як ймовірних кандидатів у темну матерію, встановлює сильні обмеження на властивості цієї субстанції нашого всесвіту. Про це зазначають автори статті.
«Протягом 40 років чи близько того, основним кандидатом в носії темної матерії серед фізиків елементарних частинок є гіпотетична малорухлива частинка, що слабо взаємодіє. Наш результат вперше заперечує існування цього кандидата аж до частинок з дуже великою масою», — сказав співавтор дослідження Кеворк Абазаджян (Kevork Abazajian), професор фізики та астрономії Каліфорнійського університету в Ірвайні.
«У багатьох теоретичних моделях маса цієї частинки становить від 10 до 1000 маси протона, причому частинки з верхнім значенням маси в теорії менш привабливі, як носії темної матерії», ― додав співавтор Маной Каплінґгат (Manoj Kaplinghat), також професор фізики та астрономії Каліфорнійського університету в Ірвайні. «У статті ми наводимо докази, що вказують на відсутність кандидатів у носії темної матерії в широкому діапазоні мас, який зазвичай розглядають теоретики. Це є новим жорстким обмеженням параметрів, які науковці передбачають у ймовірного носія темної матерії».
Абазаджян сказав, що замість сигналів від темної матерії, надлишкове гамма-випромінювання можуть спричиняти інші астрофізичні явища в центрі Галактики, зокрема процес формування зір чи взаємодія космічних променів з молекулярним газом. А також нейтронні зорі й особливо мілісекундні пульсари.
«Ми розглянули різні моделі процесів, що відбуваються в центрі Галактики, зокрема за участі молекулярного газу, а також спалах й викиди речовини з поверхні зір та високоенергетичні електрони, що розсіюють фотони з низькою енергією», — сказав співавтор Оскар Мачіас (Oscar Macias), докторант з фізики та астрономії в Інституті фізики і математики Всесвіту імені Кавлі Токійського університету. Його візит до Каліфорнійського університету в Ірвайні у 2017 році сприяв появі проєкту цього дослідження. «Ми працювали понад три роки, щоб об’єднати всі ці нові, кращі моделі та вивчити можливі джерела випромінювання й виявили, що для темної матерії є мало місця».
На малюнку Молочного Шляху художник показав «квадратний» розподіл зір в центрі Галактики. Група фізиків, яку очолювали дослідники з Каліфорнійського університету в Ірвайні, з’ясувала: ця форма залишає дуже мало місця для того, щоб причиною надмірного гамма-випромінювання з центру нашої галактики був процес розпаду частинок темної матерії. Фото з сайту https://phys.org.
Каплінґгат зазначив: фізики передбачали, що розподіл випромінювання від розпаду темної матерії в центрі Галактики буде мати вигляд акуратної сфери чи еліпсоїда. Але надлишок гамма-променів, виявлений космічним телескопом Фермі після введення його в дію у червні 2008 року, має розподіл, зовні схожий на триосне брускоподібне утворення.
«Коли ви дивитеся на центр Галактики, то бачите, що зорі розподілені у вигляді коробки», — сказав він. «Є диск із зорями, а прямо в центрі — опуклість, яка на небесній сфері має кутові розміри близько 10 градусів, і насправді це дуже специфічна форма — своєрідна асиметрична коробка. Така форма залишає дуже мало місця для додаткової темної матерії.»
Чи заперечує це дослідження існування темної матерії в Галактиці? «Ні», — сказав Каплінґгат. «Наше дослідження обмежує тип частинок, які можуть бути носіями темної матерії. Багато доказів наявності темної матерії в Галактиці надійні й не пов’язані з нашим результатом».
Наукова група вважає, що фізикам слід зосередитися на інших концепціях темної матерії, крім найпоширеніших. «Є багато альтернативних кандидатів у носії темної матерії», — сказав Абазаджян. «Пошуки будуть більше схожими на риболовлю, коли ви ще не знаєте, де є риба».
За інф. з сайту https://phys.org.
