Загадочное свечение, обнаруженное в космосе, может быть темной материей, разрушающей само себя

Странное гамма-свечение, исходящее из сердца Млечного Пути, может быть долгожданным отпечатком частиц темной материи, аннигилирующих друг друга, свидетельствуют данные.

Новые исследовательские усилия, включающие моделирование галактик, подобных Млечному Пути, показывают, что таинственное, необъяснимое дополнительное гамма-излучение, исходящее из этого региона, с одинаковой вероятностью может быть связано как с аннигиляцией темной материи, так и с миллисекундными пульсарами. и гипотеза темной материи может даже иметь небольшое преимущество.

«Темная материя доминирует во Вселенной и удерживает галактики вместе. Это чрезвычайно важно, и мы все время отчаянно думаем о том, как мы могли бы ее обнаружить», — говорит астрофизик Джозеф Силк из Университета Джона Хопкинса.

«Гамма-лучи, и особенно избыточный свет, который мы наблюдаем в центре нашей галактики, могут быть нашей первой подсказкой.»

По теме: Что-то светится в ядре Галактики, и мы могли бы быть ближе к разгадке тайны

Это гамма-свечение, известное как избыток ГэВ в центре Галактики (GCE), озадачивало астрономов с момента его открытия в 2009 году в данных космического гамма-телескопа Ферми НАСА. Что-то в центре галактики излучает свет самой высокой энергии во Вселенной, но чем бы это ни было, астрономам еще предстоит это определить.

Есть два основных кандидата. Одним из них является темная материя, загадочный источник дополнительной гравитации, окружающий Вселенную, который невозможно объяснить обычной материей, из которой состоит все, что мы можем непосредственно обнаружить.

Мы не знаем, что такое темная материя, но одним из гипотетических кандидатов являются слабо взаимодействующие массивные частицы, или вимпы. Ученые предсказывают, что когда вимпы и их античастицы сталкиваются, они аннигилируют друг друга, взрываясь потоком различных частиц, включая фотоны гамма-излучения.

Другой кандидат — миллисекундные пульсары. Это нейтронные звезды в самом конце своего жизненного цикла, образовавшиеся из коллапса ядра массивной звезды, выбросившей большую часть своего материала в результате взрыва сверхновой. Что делает нейтронную звезду пульсаром, так это ее чрезвычайно быстрое вращение. Во время вращения он излучает лучи радиоволн, частиц и радиации, включая рентгеновские и гамма-лучи. Когда эти лучи движутся вокруг, кажется, что пульсар пульсирует.

Астрономам еще предстоит обнаружить популяцию пульсаров, которые могут быть ответственны за GCE, но есть способы сузить возможности. Популяция старых звезд, которая должна включать пульсары в галактической выпуклости (центральной пузырьковой области Млечного Пути), по-видимому, имеет X-образную форму, в то время как предыдущие исследования показывают, что гало темной материи Млечного Пути имеет сферическую форму.

Эти распределения по-разному влияют на форму GCE. Если виновником являются миллисекундные пульсары, GCE должен выглядеть квадратным, а происхождение темной материи привело бы к более сферической форме. В зависимости от интерпретации, данные Ферми предполагают, что GCE имеет отчетливо квадратное распределение.

Под руководством космолога Моорица Михкеля Муру из Института астрофизики Лейбница в Потсдаме в Германии исследователи хотели знать, исключает ли эта форма ящика окончательно аннигиляцию темной материи из списка кандидатов GCE.

Они использовали суперкомпьютеры для моделирования GCE. эволюционная история Млечного Пути, составление карты плотности и распределения темной материи и сравнение ее с распределением старых звезд, используемых в качестве заместителя миллисекундных пульсаров. Вместо того, чтобы моделировать, как аннигиляция увеличивается с течением времени, команда сосредоточилась на современной структуре темной материи и ее проецируемом сигнале гамма-излучения.

Все результаты этих симуляций наблюдались на расстоянии около 8 килопарсеков (расстояние Солнечной системы от центра Млечного Пути) так, чтобы они выглядели такими, какими мы видим их на нашей нынешней позиции наблюдения.

Они обнаружили, что гало темной материи, скорее всего, не является таковым. идеально круглая, но слегка сплюснутая в результате долгой истории слияний Млечного Пути с другими галактиками. При проецировании на карты неба Млечного Пути это создает квадратное гамма-свечение в результате аннигиляции темной материи.

Это говорит о том, что сплюснутая форма не обязательно является диагностическим признаком миллисекундных пульсаров, но в равной степени может быть результатом темной материи.

«Обе гипотезы GCE, аннигиляции темной материи и миллисекундных пульсаров, одинаково верны. «правдоподобно на основе морфологии, спектра и интенсивности, возможно, с небольшим преимуществом в пользу гипотезы темной материи по последнему из этих атрибутов ввиду наблюдаемого дефицита миллисекундных пульсаров», — пишут исследователи в своей статье.

Важно также отметить, что некоторые наблюдения выявили слегка неравномерное пятнышко в GCE, как и ожидалось от точечных источников, таких как миллисекундные пульсары. пульсары. Аннигиляция темной материи приведет к более плавному свечению. Это новое исследование не затрагивает напрямую эту мелкомасштабную текстуру, которая изучалась в других анализах, но, поскольку крупномасштабная форма GCE больше не исключает темную материю, возможно, оба источника гамма-излучения активны в галактическом центре.

Авторы отмечают, что будущие обсерватории, такие как Черенковская телескопическая решетка и Южная широкоугольная гамма-обсерватория, должны помочь различать два сценария.

«Возможно, мы увидим новые данные и подтвердим одну теорию лучше другой», — говорит Силк. «Или, может быть, мы ничего не найдем, и в этом случае нам предстоит разгадать еще большую загадку».

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.