Астрономы много лет ломают голову над тем, откуда в центре Млечного Пути берётся такое мощное гамма-излучение. Новое исследование подтверждает, что оно может испускаться таинственной тёмной материей.
Подробности изложены в научной статье, опубликованной в издании Physical Review Letters Ребеккой Лин (Rebecca Leane) из Массачусетского технологического института и Трейси Слэтьер (Tracy Slatyer) из Института перспективных исследований в США.
Тёмная материя или нейтронные звёзды?
"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, как многообразно проявляет себя тёмная материя своими гравитационными эффектами. Но до сих пор наблюдателям не удавалось найти хоть какое-нибудь достоверное свидетельство её существования, не связанное с тяготением.
Чтобы найти неизвестное, нужно искать непонятное. Любое излучение, наличие которого трудно объяснить, теоретически может оказаться долгожданным сигналом от таинственной субстанции. Тем более что о природе последней пока остаётся лишь строить теории.
В связи с этим в числе прочего исследователи интересуются избытком гамма-излучения с энергией порядка гигаэлектонвольт в центре Галактики (Galactic Center GeV Excess, или GCE). Дело в том, что сферическая область радиусом в 5000 световых лет в центре Млечного Пути подозрительно интенсивно испускает гамма-лучи. Этого излучения больше, чем должно быть, исходя из распределения видимой материи, включая и центральную чёрную дыру.
С другой стороны, центр Млечного Пути известен высокой концентрацией тёмной материи. Ещё в 2011 году была высказана гипотеза, что с ней и связано гамма-излучение. Предполагалось, что частицы тёмной материи сталкиваются со своими античастицами и превращаются в гамма-кванты (аннигилируют).
"Если это действительно тёмная материя, это будет первым свидетельством взаимодействия тёмной материи с видимой материей посредством сил, отличных от гравитационных", – говорит Лин.
Но, может быть, дело в том, что эксперты недооценили вклад известных источников гамма-излучения? Что, например, если в центре Млечного Пути куда больше нейтронных звёзд, чем считается?
Первая проверка
В 2016 году Слэтьер с коллегами опубликовала работу, в которой изучалась такая возможность.
Астрономы стремились выяснить, является ли избыточный гамма-фон сплошным. Именно такую картину должна давать аннигиляция тёмной материи, равномерно распределённой по пространству.
"На каждом луче зрения в направлении галактического центра, вероятно, имеются частицы тёмной материи, поэтому мы не должны видеть никаких промежутков или холодных пятен в сигнале", – объясняет Слэтьер.
Если же фон распадается на множество отдельных источников, естественно считать, что эти яркие точки и есть пульсары или иные объекты, состоящие из обычного вещества.
Исследователи разработали статистический метод, позволяющий отличить сплошной сигнал от "зернистого". Этот алгоритм они применили к наблюдениям GCE на гамма-телескопе Fermi.
У авторов получилось, что фон является "зернистым", то есть его источниками служат компактные объекты. Гипотеза с тёмной материей никак не вписывалась в эту картину. Казалось бы, на этой версии можно поставить крест.
Работа над ошибками
Однако человеку, как известно, свойственно ошибаться. Даже самые квалифицированные специалисты порой допускают недочёты, поэтому выводы любой научной работы должны быть проверены независимыми исследованиями.
"Я надеялась, что это будет только первое из многих исследований области галактического центра, использующих подобные методы, – рассказывает Слэтьер. – Но к 2018 году основными перекрёстными проверками метода остались всё те же, которые мы использовали в 2015 году, что заставило меня сильно нервничать по поводу того, что мы что-то упускаем"
Тогда Лин и Слэтьер устроили методу новый тест. Они имитировали наблюдательные данные, которые дала бы аннигилирующая тёмная материя вкупе с известными источниками гамма-излучения. К этим "поддельным" данным учёные применили проверяемый алгоритм.
И что же? Программа выдала уверенный вывод, что фон… по-прежнему распадается на точечные источники!
Вряд ли Слэтьер испытала восторг при мысли, что она вместе с коллегами опубликовала результат, полученный с помощью неработоспособного метода. Но учёный – это не тот, кто никогда не ошибается, а тот, кто готов обнаруживать и исправлять свои ошибки. И исследователь обнародовала этот результат на конференции.
При обсуждении коллегами был задан вопрос: что, если не имитировать данные наблюдений полностью, а добавить вклад тёмной материи в реальный сигнал Fermi?
Авторы последовали мудрому совету. И снова проверяемый метод дал осечку. Даже когда имитируемый сплошной фон от тёмной материи вчетверо превышал реальный GCE, алгоритм отказывался его замечать!
Таким образом, констатирует Слэтьер, выводы, опубликованные в 2016 году, фактически аннулированы. Гипотеза о гамма-излучении тёмной материи снова получила право на существование, а жизнь в очередной раз напомнила исследователям, как важно скрупулёзно проверять свои расчёты.
К слову, ранее "Вести.Наука" писали о том, что долгожданным сигналом от тёмной материи может оказаться рентгеновское излучение далёких галактик и даже поток позитронов в окрестностях Земли.
