воскресенье, 6 апреля 2014 г.

Данные от телескопа «Ферми» указали ученым путь к разгадке тайн темной материи


В ходе нового исследования гамма-лучевого света, исходящего из центра нашей галактики, учёные получили самые точные на сегодняшний день подтверждения того, что часть этой эмиссии может исходить от темной материи — таинственного вещества, которым представлена большая часть всей материи во Вселенной. Используя общедоступные данные космического телескопа «Ферми» (Fermi Gamma-ray Space Telescope), учёные из Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) и University of Chicago разработали новые карты, показывающие, что галактический центр Млечного Пути производит более высокоэнергетические гамма-лучи, нежели можно объяснить известными источниками. Исследователи полагают, что излишняя эмиссия обусловлена некоторыми формами темной материи.

По словам астрофизика Dan Hooper из Fermilab, который является ведущим автором исследований, новые карты позволяют учёным анализировать избыток гамма-лучей и сопоставлять его с более традиционными объяснениями, такими как присутствие неоткрытых пульсаров или преломление космических лучей о газовые облака. Он отмечает, что обнаруживаемый им и его коллегами сигнал не может быть в настоящее время объяснён альтернативными вариантами, что указывает на связь с простейшими моделями темной материи.

Галактический центр просто кишит гамма-источниками, начиная от взаимодействующих бинарных систем и заканчивая останками сверхновых звезд и частицами, сталкивающимися с межзвёздным газом. К тому же именно в галактических центрах астрономы намереваются обнаружить темную материю, так как массовые её скопления привлекают «нормальную» материя, формируя при этом основу, на которой построены видимые структуры, такие как галактики.

Никому не известна истинная природа темной материи, но вимпы (WIMP — Weakly Interacting Massive Particles) — слабовзаимодействующие массивные частицы, являются основными кандидатами на роль доминирующего компонента холодной темной материи. Теоретики предполагают существование широкого спектра типов вимпов, часть которых может либо взаимно уничтожать, либо производить промежуточные, быстрораспадающиеся частицы во время столкновений друг с другом. Оба «сценария» предусматривают производство гамма-лучей — самой энергетической формы света, которая находится в диапазоне обнаружения Large Area Telescope (LAT) «Ферми».

Когда астрономы исключили все известные гамма-лучевые источники из наблюдений LAT за галактическим центром, часть эмиссии не нашла своего объяснения. Это избыток наблюдается в энергиях, находящихся в диапазоне от 1 до 3 млрд электрон-вольт (ГэВ), что примерно в миллиард раз больше, чем у видимого света, и исходит наружу по меньшей мере в 5000 световых лет от галактического центра.

Hooper и его коллеги пришли к выводу, что аннигиляцию (уничтожение) частиц темной материи с массой от 31 до 40 ГэВ можно считать возможным объяснением избытка, основанного на его гамма-лучевом спектре, симметрии вокруг галактического центра и его общей яркости. В статье, опубликованной в журнале «Physical Review D», исследователи указывают на то, что столь специфические особенности сложно объяснить какими-либо известными на сегодняшний день фактами, тем не менее допускают существование правдоподобных альтернатив, не учитывающих темную материю.

По словам соавтора исследований Тracy Slatyer из Массачусетского технологического института, темная материя в этом массовом диапазоне может быть исследована путём прямого обнаружения и Large Hadron Collider (LHC).

Исследователи предупреждают, что для проверки их теории о темной материи потребуется ещё несколько исследований, в частности анализ гамма-лучей других астрономических объектов.

Большое скопление темной материи, которое учёные ожидают найти в галактическом центре, должно производить довольно мощный сигнал, конкурирующий с сигналами многих других источников гамма-излучения, что значительно усложняет его исследование.

Карликовые галактики, вращающиеся вокруг Млечного Пути, испытывают недостаток в других типах источниках гамма-излучение и содержат, как для своих размеров, большое количество тёмной материи. Поэтому ученые полагают, что гамма-лучи темной материи будут доминировать над гамма-лучами от других источников. Однако из-за того, что они находятся намного дальше, чем галактический центр Млечного Пути, и содержат меньше темной материи, карликовые галактики производят более слабый сигал, поэтому на бескомпромиссное его обнаружение могут уйти годы исследований.

В течение прошлых 4-х лет команда LAT искала в карликовых галактиках «намёки» на существование темной материи. Опубликованные результаты этих исследований установили строгие ограничения на диапазон масс и показателей взаимодействия для многих предполагаемых вимпов, что позволило исключить несколько моделей.

Комментариев нет:

Отправить комментарий