Человечество впервые «увидело» тёмную материю — прямо в нашей галактике

Гонка за открытием тёмной материи, возможно, вышла на финишную прямую: японский астрофизик Томонори Тотани (Tomonori Totani) из Токийского университета не стесняясь в выражениях сообщил: «Если я правильно понимаю, то это первый случай, когда человечество “увидело” тёмную материю. И оказывается, что тёмная материя — это новая частица, не включённая в текущую Стандартную модель физики элементарных частиц. Это важное достижение в астрономии и физике».

Гамма-свечение в диске Млечного Пути. Источник изображения: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Работа исследователя опубликована 25 ноября в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. В ней проведён анализ собранных за 15 лет данных космическим гамма-телескопом «Ферми» (уже выведенным из эксплуатации). Месяцем ранее похожее исследование провела международная группа учёных под руководством сотрудников Университета Джонса Хопкинса в США. Но в отличие от своих коллег, сосредоточивших внимание на диске Млечного Пути, Томонори Тотани изучил данные по всему гало нашей галактики — что намного сложнее, но и оказалось более результативным.

Оба исследования предполагают, что частицы тёмной материи представлены гипотетическими «вимпами» — WIMP (слабо взаимодействующими массивными частицами). Согласно современной теории, при столкновении WIMP и их античастиц они аннигилируют друг с другом, в результате чего образуется множество различных частиц, в том числе фотоны гамма-излучения, которые мы можем наблюдать. Если нам удастся обнаружить гамма-излучение из областей, где ничего нет, то источником такого излучения может оказаться тёмная материя.

Гамма-излучение в гало нашей галактики из невидимых источников с вычетом диска (серая полоса). Источник изображения: Tomonori Totani

Американские астрономы составили возможную карту активности «вимпов» в диске галактики, где много других потенциальных источников гамма-излучения. Над этим тоже можно работать. Учёный из Японии просеял данные вне диска галактики, попутно решая трудности с выявлением слабого сигнала в этой обширной области пространства. Составленная им карта показала распределение гамма-излучения от невидимых источников, и она совпала с тем, как могло бы выглядеть гало тёмной материи в нашей галактике.

Учёный верит, что он наконец-то нашёл тёмную материю в одном из предсказанных для неё диапазонов энергий (масс) — около 20 ГэВ. Эти данные будут проверяться другими исследователями. Но это лучшее на сегодня доказательство существования тёмной материи, которое есть у науки.