Загадочное явление в центре галактики может открыть новый вид темной материи

Автор: Scott Lord from Pexels

Загадочное явление в центре нашей галактики может быть результатом действия другого типа темной материи.

В этом первом в своем роде исследовании ученые приблизились к пониманию неуловимой таинственной материи. Они полагают, что переосмысленный кандидат на роль темной материи может стоять за необъяснимыми химическими реакциями, происходящими в Млечном Пути.

Доктор Шьям Баладжи, научный сотрудник Королевского колледжа Лондона и один из ведущих авторов исследования, поясняет: «В центре нашей галактики находятся огромные облака положительно заряженного водорода, которые десятилетиями оставались загадкой для ученых, поскольку обычно этот газ нейтрален. Так что же поставляет достаточно энергии, чтобы выбить из них отрицательно заряженные электроны?

«Энергетические сигнатуры, исходящие из этой части нашей галактики, указывают на то, что существует постоянный, бурлящий источник энергии, который именно этим и занимается, и наши данные говорят о том, что источником его может быть гораздо более легкая форма темной материи, чем предполагают современные модели».

Наиболее устоявшаяся теория относительно темной материи заключается в том, что она, вероятно, представляет собой группу частиц, известных как слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP), которые проходят через обычную материю без особого взаимодействия, что делает их чрезвычайно трудными для обнаружения.

Однако это исследование, опубликованное сегодня в Physical Review Letters, потенциально возродило другой тип темной материи с гораздо меньшей массой, чем WIMP.

Исследователи полагают, что эти крошечные частицы темной материи сталкиваются друг с другом и производят новые заряженные частицы в процессе, называемом «аннигиляция». Эти вновь образованные заряженные частицы впоследствии могут ионизировать водородный газ.

Предыдущие попытки объяснить этот процесс ионизации опирались на космические лучи, быстрые и энергичные частицы, которые путешествуют по всей Вселенной. Однако это объяснение столкнулось с некоторыми трудностями, поскольку энергетические сигнатуры, зарегистрированные в наблюдениях Центральной молекулярной зоны (ЦМЗ), где это происходит, кажутся недостаточно большими, чтобы их можно было приписать космическим лучам. Такой процесс также не представляется возможным с WIMP.

Исследовательской группе пришлось прийти к выводу, что источник энергии, вызывающий аннигиляцию, медленнее космических лучей и менее массивен, чем вимпы.

Доктор Баладжи сказал. «Поиск темной материи — это самая большая охота на человека в науке, но многие эксперименты основаны на Земле. Используя газ в CMZ для другого вида наблюдения, мы можем добраться прямо до источника. Данные говорят нам, что темная материя потенциально может быть намного легче, чем мы думали».

«Поиск темной материи — одна из важнейших задач фундаментальной науки, но многие эксперименты проводятся на Земле, где люди с протянутой рукой ждут, когда темная материя сама придет к ним. Вглядываясь в центр нашего Млечного Пути, водородный газ в ЦМЗ позволяет предположить, что мы можем приблизиться к выявлению доказательств возможной природы темной материи».

Это открытие может одновременно объяснить более широкие загадки нашей галактики, такие как особый тип рентгеновского наблюдения, обнаруженного в центре Млечного Пути, известный как «линия излучения 511 кэВ». Эта специфическая энергетическая сигнатура также может быть обусловлена тем же столкновением маломассивной темной материи и образованием заряженных частиц.

Больше информации: Pedro De la Torre Luque et al, Anomalous Ionization in the Central Molecular Zone by Sub-GeV Dark Matter, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.101001

Источник: King's College London