Астрономы распрощались с надеждой объяснить загадочное рентгеновское излучение из космоса распадом частиц тёмной материи. Обе тайны – природа тёмной материи и источник странных рентгеновских лучей – по-прежнему остаются нераскрытыми. Такой вывод сделан в научной статье, опубликованной в журнале Science.
"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали, почему учёные уверены в существовании тёмной материи и почему большинство специалистов считает, что по большей части она не состоит из известных науке частиц, таких как протоны и электроны.
Из чего же в таком случае она состоит? На этот вопрос нет точного ответа. Учёные выдвигают разные гипотезы. На Земле работает несколько детекторов, призванных уловить частицы тёмной материи, но пока эти поиски не принесли результата.
В 2014 году научный мир взволновали известия, казалось бы, проливающие свет на природу этой субстанции. Речь идёт об открытии рентгеновского излучения с энергией квантов 3,5 килоэлектронвольта (кэВ), исходящего от далёких галактик.
Никакие известные астрофизикам объекты и процессы не генерируют рентгеновских лучей с такой спектральной линией. Сама собой напрашивается соблазнительная гипотеза, что эти фотоны испускаются тёмной материей.
По одной из гипотез, последняя состоит из стерильных нейтрино. Это гипотетические частицы, которые со временем распадаются на обычные нейтрино, испуская электромагнитное излучение. Стерильные нейтрино с энергией 7 кэВ давали бы рентгеновские кванты с энергией как раз 3,5 кэВ. К тому же интенсивность излучения неплохо соответствовала количеству тёмной материи в наблюдаемом скоплении галактик.
Казалось бы, учёные убили одним выстрелом трёх зайцев: выяснили природу тёмной материи, объяснили происхождение рентгеновских лучей с энергией 3,5 кэВ и доказали существование стерильных нейтрино. Но даже самые красивые теории требуют множества независимых фактов для своего подтверждения.
Исследователи из трёх научных центров США решили проверить эту гипотезу. Они рассуждали просто. Тёмная материя присутствует во всех галактиках, в том числе и в нашей. Фактически Млечный Путь погружён в сферическое облако этой субстанции. Куда бы мы ни посмотрели, мы смотрим сквозь невидимый шлейф тёмной материи.
Если она испускает рентгеновские лучи, те должны постоянно улавливаться рентгеновскими телескопами. Другое дело, что это излучение должно быть довольно слабым, не бросающимся в глаза. Таким образом, чтобы найти его след в данных орбитальных обсерваторий, его нужно искать.
И астрономы взялись за поиски. Они проанализировали изображения, полученные телескопом XMM-Newton за 20 лет. В общей сложности данные охватывали около года чистого времени наблюдений. Исследователи устраняли сигнал объекта, на который был направлен инструмент, и искали излучение, фактически испущенное пустым пространством (вернее, заполняющей его тёмной материей).
В итоге была с беспрецедентной точностью проверена гипотеза о том, что тёмная материя состоит из стерильных нейтрино, распад которых порождает излучение с энергией 3,5 кэВ. Увы, она не подтвердилась.
Впрочем, гипотезу о том, что тёмная материя состоит именно из стерильных нейтрино, рано сбрасывать со счетов. Можно предположить, что эти частицы распадаются реже, чем считалось, и излучают кванты другой энергии. Последнее, кстати, можно проверить, ведь предложенный авторами метод годится для поиска излучения от тёмной материи на разных длинах волн.
Одно на данный можно сказать с определённостью: предположение, что тёмная материя состоит из стерильных нейтрино, распад которых порождает излучение с энергией 3,5 кэВ, оказалось несостоятельным.
"Наши результаты не означают, что тёмная материя не является стерильными нейтрино. Но они означают, что, вопреки тому, что было заявлено в 2014 году, на сегодняшний день нет экспериментальных доказательств, указывающих на их (стерильных нейтрино – прим. ред.) существование", – резюмирует глава исследовательской группы Бенджамин Сэфди (Benjamin Safdi) из Мичиганского университета.
Однако загадка линии 3,5 кэВ никуда не делась. Астрономы по-прежнему не знают, какой процесс порождает такие рентгеновские лучи. И нельзя исключать, что всему виной тёмная материя, даже если она состоит не из стерильных нейтрино. Так, другая научная группа предполагает, что тёмная материя в скоплении галактик Персея поглощает излучение, испускаемое окрестностями сверхмассивной чёрной дыры, и переизлучает его в виде квантов с энергией 3,5 кэВ.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, что стерильные нейтрино могут быть ответом на вопрос, почему материи во Вселенной больше, чем антиматерии.
