Астрономи отримали перші реальні свідчення існування темної матерії

Астрономи повідомили про нові дані, які можуть стати першим реальним свідченням існування темної матерії. Команда під керівництвом Тотані, використовуючи космічний телескоп NASA Fer­mi Gam­ma-ray Space Tele­scope, зафіксувала гамма-випромінювання з енергією близько 20 гігаелектронвольт у центральній частині Чумацького Шляху.

Ідея про темну матерію була висунута ще у 1930‑х роках Фріцом Цвіккі, який помітив, що галактики обертаються занадто швидко, щоб утримуватися разом лише завдяки видимій масі. Він припустив існування «невидимої субстанції», яка створює додаткове гравітаційне тяжіння.

Карта інтенсивності гамма-випромінювання, що виключає компоненти, крім гало, і охоплює приблизно 100 градусів у напрямку центру Галактики. Горизонтальна сіра смуга в центральній області відповідає області галактичної площини, яка була виключена з аналізу, щоб уникнути сильного астрофізичного випромінювання. Джерело: Томонорі Тотані, Токійський університет

Темну матерію неможливо спостерігати напряму, адже її частинки не взаємодіють з електромагнітним випромінюванням. За теорією, коли дві частинки WIMP стикаються, вони анігілюють, вивільняючи гамма-промені. Саме такі сигнали й намагалися знайти дослідники.

Залежність інтенсивності гамма-випромінювання гало від енергії фотонів (точки даних). Червоні та сині лінії представляють очікуваний спектр гамма-випромінювання при анігіляції частинок WIMP, які спочатку утворюють пару нижніх кварків (b) або пару W‑бозонів, і вони добре узгоджуються з даними. Нижні кварки та W‑бозони — це відомі елементарні частинки, що входять до стандартної моделі фізики елементарних частинок. Джерело: Томонорі Тотані, Токійський університет

Виявлене випромінювання формує «гало»-структуру навколо центру галактики. Його спектр збігається з передбаченнями для анігіляції WIMP-масою приблизно у 500 разів більшою за масу протона, а інтенсивність відповідає очікуваним значенням. «Ми бачимо гамма-випромінювання, яке дуже точно відтворює форму темного гало навколо галактики», — зазначив Тотані. «Якщо це справді темна матерія, то людство вперше “побачило” її безпосередньо».

Карта інтенсивності гамма-випромінювання, що виключає компоненти, крім гало, і охоплює приблизно 100 градусів у напрямку центру Галактики. Горизонтальна сіра смуга в центральній області відповідає області галактичної площини, яка була виключена з аналізу, щоб уникнути сильного астрофізичного випромінювання. Джерело: Томонорі Тотані, Токійський університет

Вчені наголошують, що результати потребують підтвердження незалежними командами. Наступним етапом стане пошук аналогічних сигналів у карликових галактиках, де концентрація темної матерії особливо висока. Якщо такі дані буде отримано, це стане найсильнішим аргументом на користь існування темної матерії як реальної фізичної субстанції.