Японский астроном заявил, что получил первое прямое наблюдение частиц загадочной темной энергии. Гамма-кванты с энергиями 20 гЭв, пойманные телескопом, могут рождаться при аннигиляции этих частиц, утверждает Томонори Тотани в исследовании, опубликованном в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Существование темной материи и ее природа на протяжении десятков лет остаются одной из главных и нерешенных загадок космологии. Почти век назад астроном Фриц Цвикки обнаружил странности во вращении звезд и облаков газа в большинстве известных спиральных и дисковых галактик. Он заметил, что вещество внутри галактик и скоплений галактик движется слишком быстро — так, будто его притягивает некая дополнительная сила помимо гравитации видимого вещества.

Благодаря этому и другим наблюдениям в астрофизику было введено понятие темной материи — гипотетической субстанции, которая существует в гало большинства галактик и оказывает на звезды дополнительное воздействие. Темная материя является ключевым моментом существующей космологической модели LCDM (Lambda-CDM model), однако главной проблемой является то, что за долгие годы ученым не удалось обнаружить частицы-носители этой загадочной субстанции.

На роль кандидатов предлагают так называемые вимпы — (от англ. WIMP, Weakly Interacting Massive Particle) или «слабо взаимодействующие массивные частицы». Предполагается, что эти частицы участвуют только в гравитационном и слабом взаимодействии — его действие распространяется на размеры значительно меньшие, чем размеры атомного ядра. Слабое взаимодействие друг с другом и с обычной материей, как предполагается, и объясняет отсутствие до сих пор наблюдаемых проявлений их существования. Однако ученые считают, что вимпы можно наблюдать косвенно, ведь они могут аннигилировать друг с другом, испуская помимо прочего, гамма-фотоны. В поисках такого излучения наблюдатели обращают внимание на области Вселенной с высокой концентрацией предполагаемой темной материи. Например, в окрестностях центра нашей галактики Млечный путь.

Tomonori Totani, The University of Tokyo

Профессор Томонори Тотани из Университета Токио проанализировал данные наблюдений за этой областью неба, полученные за 15 лет — с августа 2008 по август 2023 год, и считает, что наконец обнаружил поток специфических гамма-фотонов, предсказанных для аннигиляции вимпов. «Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 22 гигаэлектрон-вольт, исходящих из галоподобной структуры в направлении на центр Млечного пути. Гамма-компонента излучения близко совпадает с формой, ожидаемой от гало темной энергии», — заявил астроном.

Ученый считает, что наблюдаемый спектр излучения соответствует аннигиляции вимпов, масса которых примерно равна 500 массам протона, частота таких аннигиляций, по оценкам Тотани, также соответствует предсказанным параметрам.

Параметры излучения трудно объяснить каким-то другим известным во Вселенной механизмом, поэтому ученый уверен, что эти гамма-лучи — первое прямое наблюдение частиц темной материи, о котором астрономы мечтали долгие годы.

«Если это верно, то, насколько я понимаю, это будет означать первое наблюдение человечеством темной материи. И это означает, что темная материя — новая частица, не включенная в существующую стандартную модель физики частиц. Это означает важное достижение в астрономии и физике», — считает Тотани.

Тотани признает, что его результат должен быть подтвержден другими наблюдателями и на других областях Вселенной. «Это может быть достигнуто при большем накоплении данных, и если это будет сделано, это даст еще более убедительные свидетельства, что гамма-лучи исходят от темной материи», — считает он.