Темная материя объясняет избыток гамма-лучей в центре Млечного Пути

Симуляция галактики Млечный Путь. Автор: AIP/ A. Khalatyan

Новое исследование показывает, что темная материя в нашей галактике распределена иначе, чем считалось ранее, что подтверждает ее статус как потенциального источника наблюдаемого избытка гамма-лучей в центре Млечного Пути. Высокоточные симуляции выявили, что распределение темной материи во внутренней части галактики не сферическое, а уплощенное и асимметричное. Эти находки подтверждают теорию о том, что избыток гамма-лучей вызван аннигиляцией темной материи.

Ученые давно подозревали, что аннигиляция темной материи может быть источником этих лучей, но их пространственное распределение не соответствовало предсказанной модели темной материи. Другая теория утверждает, что древние миллисекундные пульсары могут производить эти лучи.

В новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, ученые смоделировали формирование галактик, подобных Млечному Пути, в условиях, схожих с космическим окружением Земли, создав симуляции, сильно напоминающие реальную галактику.

Они обнаружили, что темная материя не излучается наружу от галактического центра, а организована подобно звездам, что означает, что именно она могла произвести избыток гамма-лучей.

«Когда космический телескоп FERMI был направлен на галактический центр, результаты оказались ошеломляющими. Телескоп зафиксировал слишком много гамма-лучей — самого энергичного вида света во Вселенной. Астрономы по всему миру были озадачены, и начали появляться конкурирующие теории, объясняющие так называемый "избыток гамма-лучей"», — заявляет Ноам Либескинд из Потсдамского астрофизического института.

После долгих дебатов на первый план вышли две идеи: либо эти гамма-лучи являются результатом активности миллисекундных пульсаров (сверхплотных нейтронных звезд, вращающихся тысячи раз в секунду), либо возникают при столкновении и аннигиляции частиц темной материи. Обе теории имеют свои недостатки. Однако новые результаты, представленные учеными из AIP в сотрудничестве с Еврейским университетом в Израиле и Университетом Джонса Хопкинса в США, пролили новый свет на эту проблему, фактически подтвердив теорию аннигиляции темной материи.

Давно известно, что галактика Млечный Путь находится в так называемом гало темной материи — сферической области, заполненной темной материей. Однако степень асферичности или эллипсоидальности этого гало ранее не оценивалась.

«Мы проанализировали симуляции Млечного Пути и его гало темной материи и обнаружили, что уплощение этой области достаточно для объяснения избытка гамма-лучей как результата самопроизвольной аннигиляции частиц темной материи. Эти расчеты демонстрируют, что поиск частиц темной материи (способных к самоаннигиляции) следует поощрять, и они приближают нас на шаг к пониманию загадочной природы этих частиц», — говорит ведущий автор статьи Мооритс Муру.

Больше информации: Moorits Mihkel Muru et al, Fermi-LAT Galactic Center Excess Morphology of Dark Matter in Simulations of the Milky Way Galaxy, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/g9qz-h8wd

Источник: Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam

ИИ: Это исследование представляет значительный шаг вперед в понимании природы темной материи — одной из самых загадочных составляющих нашей Вселенной. Подтверждение связи между распределением темной материи и гамма-излучением открывает новые возможности для поиска этих неуловимых частиц в будущих экспериментах.