Во вторник, 25 ноября, в издании Journal of Cosmology and Astroparticle Physics было опубликовано исследование, указывающее на потенциальный прорыв в астрофизике. Новая научная работа предполагает, что космический гамма-телескоп Fermi, принадлежащий NASA, мог сделать первое в истории наблюдение темной материи. Этот инструмент специализируется на изучении высокоэнергетических длин волн света, известных как гамма-лучи, и зафиксировал специфические выбросы в центре Млечного Пути.
Единственным автором исследования выступил Томонори Тотани, профессор астрономии из Токийского университета. Он проанализировал данные и выявил гамма-излучение, которое может быть связано с частицами, составляющими темную материю. Тотани отметил значимость открытия: «Если это подтвердится... это станет первым случаем, когда человечество «увидело» темную материю».
В основе теоретической части работы лежит концепция вимпов (WIMP — Weakly Interacting Massive Particles), или слабовзаимодействующих массивных частиц. Вимпы считаются одними из главных кандидатов на роль составляющих темной материи. Согласно теории, они тяжелее протонов и практически не взаимодействуют с другими видами материи. Однако при столкновении двух вимпов происходит их аннигиляция — взаимное уничтожение с выделением энергии и частиц, включая гамма-фотоны. По данным CERN, вимпы выходят за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, которая не может объяснить гравитацию или темную материю.
Анализ базируется на обширном наборе данных, собранных телескопом Fermi за 15 лет наблюдений. Тотани обнаружил «галоподобную структуру» по направлению к центру нашей галактики, форма которой совпадает с ожидаемой формой гало темной материи. Энергия фотонов в этом сигнале составила 20 гигаэлектронвольт (20 миллиардов электронвольт). Именно такая частота и уровень энергии соответствуют предсказанным параметрам выбросов при аннигиляции вимпов.
Для выделения сигнала исследователям необходимо моделировать и вычитать «фоновый шум», создаваемый всеми другими источниками энергичных фотонов. К таким источникам относятся центр Млечного Пути, галактический диск и так называемые «пузыри Ферми» — две огромные зоны газа и космических лучей. Точность вычитания этого фона является критически важным аспектом методологии.
История поиска подобных сигналов восходит к работе астронома Фрица Цвикки, который еще в 1933 году опубликовал фундаментальную статью. Он заметил, что далекие галактики движутся быстрее, чем это позволяла бы гравитация видимой материи, что стало первым свидетельством гравитационного притяжения темной материи. В более недавнем прошлом, в 2009 году, данные Fermi уже использовались для обнаружения «Избытка Галактического центра» (Galactic Center Excess). С тех пор ученые почти два десятилетия спорят, вызван ли этот избыток темной материей или обычными астрономическими источниками, такими как пульсары (быстро вращающиеся звезды). Теория 2009 года до сих пор не получила окончательного подтверждения.
Новое исследование также встречено с осторожностью в научном сообществе. Шон Тулин, физик-теоретик и доцент физики и астрономии Йоркского университета в Торонто, выступил в качестве независимого эксперта для Live Science. Он подчеркнул методологические риски, отметив, что результат полностью зависит от того, как вычитается фоновый шум. «Существует риск быть обманутым, если вычесть что-то неправильно», — заявил Тулин. Он также добавил, что сигнал зависит от конкретной модели темной материи, ее массы и свойств.
Сам автор работы, Томонори Тотани, также призывает к осторожности и настаивает на необходимости независимого подтверждения. Для верификации выводов требуется обнаружить аналогичный сигнал от других объектов или регионов космоса со схожими свойствами. Хотя полученные данные выглядят «вполне разумными» в рамках текущих моделей WIMP, эксперты напоминают, что аномалии в этой области физики часто появляются и исчезают без подтверждения.
Актуальность темы подтверждается широким спектром недавних исследований, пытающихся объяснить странности Вселенной. Научное сообщество продолжает обсуждать и другие гипотезы, о чем свидетельствуют заголовки смежных работ, таких как «Гигантские «волны-убийцы» невидимой материи могут нарушать орбиты звезд», «Призрачная галактика без темной материи сбивает с толку астрономов» и ««Тяжелая» темная материя может разорвать наше понимание Вселенной». Новое открытие телескопа Fermi становится важной, но требующей тщательной проверки частью этой глобальной научной дискуссии.
Изображение носит иллюстративный характер
Единственным автором исследования выступил Томонори Тотани, профессор астрономии из Токийского университета. Он проанализировал данные и выявил гамма-излучение, которое может быть связано с частицами, составляющими темную материю. Тотани отметил значимость открытия: «Если это подтвердится... это станет первым случаем, когда человечество «увидело» темную материю».
В основе теоретической части работы лежит концепция вимпов (WIMP — Weakly Interacting Massive Particles), или слабовзаимодействующих массивных частиц. Вимпы считаются одними из главных кандидатов на роль составляющих темной материи. Согласно теории, они тяжелее протонов и практически не взаимодействуют с другими видами материи. Однако при столкновении двух вимпов происходит их аннигиляция — взаимное уничтожение с выделением энергии и частиц, включая гамма-фотоны. По данным CERN, вимпы выходят за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, которая не может объяснить гравитацию или темную материю.
Анализ базируется на обширном наборе данных, собранных телескопом Fermi за 15 лет наблюдений. Тотани обнаружил «галоподобную структуру» по направлению к центру нашей галактики, форма которой совпадает с ожидаемой формой гало темной материи. Энергия фотонов в этом сигнале составила 20 гигаэлектронвольт (20 миллиардов электронвольт). Именно такая частота и уровень энергии соответствуют предсказанным параметрам выбросов при аннигиляции вимпов.
Для выделения сигнала исследователям необходимо моделировать и вычитать «фоновый шум», создаваемый всеми другими источниками энергичных фотонов. К таким источникам относятся центр Млечного Пути, галактический диск и так называемые «пузыри Ферми» — две огромные зоны газа и космических лучей. Точность вычитания этого фона является критически важным аспектом методологии.
История поиска подобных сигналов восходит к работе астронома Фрица Цвикки, который еще в 1933 году опубликовал фундаментальную статью. Он заметил, что далекие галактики движутся быстрее, чем это позволяла бы гравитация видимой материи, что стало первым свидетельством гравитационного притяжения темной материи. В более недавнем прошлом, в 2009 году, данные Fermi уже использовались для обнаружения «Избытка Галактического центра» (Galactic Center Excess). С тех пор ученые почти два десятилетия спорят, вызван ли этот избыток темной материей или обычными астрономическими источниками, такими как пульсары (быстро вращающиеся звезды). Теория 2009 года до сих пор не получила окончательного подтверждения.
Новое исследование также встречено с осторожностью в научном сообществе. Шон Тулин, физик-теоретик и доцент физики и астрономии Йоркского университета в Торонто, выступил в качестве независимого эксперта для Live Science. Он подчеркнул методологические риски, отметив, что результат полностью зависит от того, как вычитается фоновый шум. «Существует риск быть обманутым, если вычесть что-то неправильно», — заявил Тулин. Он также добавил, что сигнал зависит от конкретной модели темной материи, ее массы и свойств.
Сам автор работы, Томонори Тотани, также призывает к осторожности и настаивает на необходимости независимого подтверждения. Для верификации выводов требуется обнаружить аналогичный сигнал от других объектов или регионов космоса со схожими свойствами. Хотя полученные данные выглядят «вполне разумными» в рамках текущих моделей WIMP, эксперты напоминают, что аномалии в этой области физики часто появляются и исчезают без подтверждения.
Актуальность темы подтверждается широким спектром недавних исследований, пытающихся объяснить странности Вселенной. Научное сообщество продолжает обсуждать и другие гипотезы, о чем свидетельствуют заголовки смежных работ, таких как «Гигантские «волны-убийцы» невидимой материи могут нарушать орбиты звезд», «Призрачная галактика без темной материи сбивает с толку астрономов» и ««Тяжелая» темная материя может разорвать наше понимание Вселенной». Новое открытие телескопа Fermi становится важной, но требующей тщательной проверки частью этой глобальной научной дискуссии.
