Темна матерія пояснює надлишок гамма-випромінювання в центрі галактики

Центр Чумацького Шляху випромінює незвичайну концентрацію гамма-променів, які вперше виявили у 2009 році за допомогою телескопа Large Area Telescope на борту космічної обсерваторії NASA Fermi. Гамма-промені є формою електромагнітного випромінювання з найкоротшою довжиною хвилі та найвищою енергією. Походження цього аномального сигналу викликало жваві дискусії в науковому середовищі, а серед запропонованих джерел найчастіше називали самоанігіляцію темної матерії та невиявлену популяцію мілісекундних пульсарів.

Коли телескоп Fermi спрямували на центр галактики, результати виявилися несподіваними. Прилад зареєстрував надто багато гамма-променів, які є найбільш енергетичним видом світла у Всесвіті. Астрономи з усього світу були спантеличені, і почали з'являтися конкуруючі теорії для пояснення так званого надлишку гамма-випромінювання.

Після тривалих дебатів на перший план вийшли дві ідеї. Перша припускала, що ці гамма-промені є результатом випромінювання мілісекундних пульсарів, надщільних нейтронних зірок, які обертаються тисячі разів на секунду. Друга теорія пов'язувала явище з частинками темної матерії, які стикаються одна з одною та анігілюють. Обидві теорії мали свої недоліки, проте нове дослідження фактично підтверджує, що надлишок гамма-випромінювання пов'язаний саме з анігіляцією темної матерії.

Доктор Ноам Лібескінд, астрофізик з Лейбніцького інституту астрофізики в Потсдамі, разом зі своїми колегами змоделював формування галактик, подібних до Чумацького Шляху, в умовах навколишнього середовища, схожих на ті, що існують у космічному околі Землі. Дослідники виявили, що темна матерія не випромінює назовні від центру галактики, а натомість організована подібно до зірок, що означає можливість її участі у створенні надлишкового гамма-випромінювання.

Чумацький Шлях давно відомий тим, що перебуває в так званому гало темної матерії, сферичній області, заповненій темною матерією навколо галактики. Доктор Моорітс Міхкель Муру, астрофізик з Лейбніцького інституту астрофізики в Потсдамі та Тартуського університету, зазначив, що ступінь асферичності або еліпсоїдальності цього гало раніше не оцінювали належним чином.

Науковці проаналізували симуляції Чумацького Шляху та його гало темної матерії і встановили, що сплощення цієї області є достатнім для пояснення надлишку гамма-випромінювання як результату самоанігіляції частинок темної матерії. Ці розрахунки демонструють, що пошук частинок темної матерії, здатних до самоанігіляції, слід заохочувати, оскільки це наближає науковців на крок до розуміння таємничої природи цих частинок.

Результати дослідження опубліковані у журналі Physical Review Letters цього місяця. Робота авторства Моорітса Міхкеля Муру та колег представляє важливий внесок у розуміння структури темної матерії в нашій галактиці та механізмів, що породжують аномальне випромінювання з її центру.

Відкриття має значення для подальших досліджень темної матерії, яка становить близько 85 відсотків усієї матерії у Всесвіті, але залишається однією з найбільших загадок сучасної фізики. Підтвердження того, що частинки темної матерії можуть анігілювати та створювати гамма-випромінювання, відкриває нові можливості для їх виявлення та вивчення властивостей.