Открытие тёмной материи
В начале 1930-х годов швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что галактики в космосе движутся быстрее, чем это допустимо исходя из их массы. Это натолкнуло его на мысль о существовании некоего невидимого каркаса — тёмной материи, которая удерживает галактики вместе.
Почти 100 лет спустя космический гамма-телескоп Ферми (NASA) может предоставить прямые доказательства существования тёмной материи, позволяя впервые «увидеть» невидимую материю.
Тёмная материя: загадка науки
До этого момента учёные могли наблюдать тёмную материю только косвенно, по её воздействию на видимую материю, например, по способности генерировать достаточно гравитационной силы, чтобы удерживать галактики вместе.
Причина, по которой тёмную материю нельзя наблюдать напрямую, заключается в том, что частицы, из которых она состоит, не взаимодействуют с электромагнитной силой — это означает, что тёмная материя не поглощает, не отражает и не излучает свет.
Теории и гипотезы
Многие исследователи предполагают, что тёмная материя состоит из так называемых слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые тяжелее протонов, но очень мало взаимодействуют с другой материей. Несмотря на это, когда две WIMP-частицы сталкиваются, предполагается, что они аннигилируют друг друга и высвобождают другие частицы, включая фотоны гамма-излучения.
Исследования профессора Томонори Тотани
Профессор Томонори Тотани из отдела астрономии Токийского университета использовал новейшие данные с космического гамма-телескопа Ферми и, по его мнению, наконец обнаружил специфические гамма-лучи, предсказанными аннигиляцией теоретических частиц тёмной материи.
Исследование Тотани опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
«Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт (или 20 миллиардов электронвольт, что является чрезвычайно большим количеством энергии), распространяющиеся в галоподобной структуре по направлению к центру галактики Млечный Путь. Компонент гамма-излучения тесно соответствует форме, ожидаемой от гало тёмной материи», — сказал Тотани.
Наблюдаемый энергетический спектр, или диапазон интенсивностей гамма-излучения, соответствует излучению, предсказанному аннигиляцией гипотетических WIMP с массой, примерно в 500 раз превышающей массу протона. Частота аннигиляции WIMP, оценённая по измеренной интенсивности гамма-излучения, также соответствует теоретическим предсказаниям.
Важно отметить, что эти измерения гамма-излучения нелегко объяснить другими, более распространёнными астрономическими явлениями или гамма-излучением. Поэтому Тотани считает эти данные убедительным указанием на гамма-излучение от тёмной материи, которое искали многие годы.
«Если это верно, насколько мне известно, это ознаменует первый случай, когда человечество «увидит» тёмную материю. И оказывается, что тёмная материя — это новая частица, не включённая в текущую стандартную модель физики элементарных частиц. Это означает значительное развитие в астрономии и физике», — сказал Тотани.
Хотя Тотани уверен, что его измерения гамма-излучения обнаруживают частицы тёмной материи, его результаты должны быть проверены независимым анализом других исследователей. Даже после подтверждения учёные захотят получить дополнительные доказательства того, что галоподобное излучение действительно является результатом аннигиляции тёмной материи, а не происходит от каких-либо других астрономических явлений.
Дополнительные доказательства столкновений WIMP в других местах, где присутствует высокая концентрация тёмной материи, подкрепили бы эти первоначальные результаты. Обнаружение таких же гамма-излучений с энергией в карликовых галактиках в гало Млечного Пути, например, поддержало бы анализ Тотани.
«Это может быть достигнуто после накопления дополнительных данных, и если это так, это предоставит ещё более убедительные доказательства того, что гамма-лучи исходят от тёмной материи», — сказал Тотани.
Предоставлено Токийским университетом.