Ученые впервые обнаружили возможные следы темной материи

Спустя почти 100 лет после того, как швейцарский астроном Фриц Цвикки предположил существование темной материи, космический телескоп Fermi НАСА мог предоставить первые прямые доказательства ее существования.

Карта интенсивности гамма-излучения в направлении центра Галактики. Серная полоса в центральной области соответствует плоскости Галактики, которая была исключена из анализа. Автор: Томонори Тотани, Токийский университет

Загадочная природа темной материи

Темная материя составляет около 27% Вселенной, но до сих пор ее нельзя было наблюдать напрямую, поскольку она не взаимодействует с электромагнитным излучением — не поглощает, не отражает и не испускает свет. Ученые могли лишь косвенно наблюдать ее через гравитационные эффекты.

Согласно одной из теорий, темная материя состоит из слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP), которые при столкновении аннигилируют, выделяя гамма-лучи.

Энергетический спектр гамма-излучения гало (точки данных). Красная и синяя линии представляют ожидаемый спектр излучения при аннигиляции частиц WIMP. Автор: Томонори Тотани, Токийский университет

Прорывные наблюдения телескопа Fermi

Профессор Токийского университета Томонори Тотани, используя последние данные телескопа Fermi, обнаружил гамма-лучи с энергией 20 ГэВ, образующие структуру в виде гало в направлении центра Млечного Пути.

«Мы обнаружили гамма-лучи с фотонной энергией 20 гигаэлектронвольт, простирающиеся в структуре, похожей на гало, к центру галактики Млечный Путь. Компонент гамма-излучения близко соответствует форме, ожидаемой от гало темной материи», — заявил Тотани.

Наблюдаемый энергетический спектр соответствует излучению, предсказанному от аннигиляции гипотетических WIMP-частиц с массой примерно в 500 раз больше протона.

Карта интенсивности гамма-излучения гало. Автор: Томонори Тотани, Токийский университет

Следующие шаги и научная проверка

Хотя Тотани уверен, что его измерения обнаруживают частицы темной материи, результаты должны быть проверены независимыми исследователями. Дополнительным доказательством могло бы стать обнаружение аналогичных гамма-лучей в карликовых галактиках гало Млечного Пути.

«Если это подтвердится, насколько мне известно, это будет означать, что человечество впервые "увидело" темную материю. И окажется, что темная материя — это новая частица, не включенная в текущую стандартную модель физики элементарных частиц», — сказал ученый.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.