Загадочное гамма-свечение в центре Млечного Пути может быть следствием темной материи

Изображение гамма-избытка в центре Млечного Пути, наложенное на оптическое изображение галактики. Причина этого избытка и вопрос о том, может ли он исходить от темной материи, является предметом споров уже более десяти лет. Credit: NASA Goddard/A. Mellinger (Central Michigan Univ.) and T. Linden (Univ. of Chicago)

Исследователи из Венского университета и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли применили машинное обучение для нового взгляда на одну из самых обсуждаемых загадок астрофизики. Их внимание было сосредоточено на Галактическом центральном избытке (GCE) — слабом, почти сферическом свечении гамма-лучей, окружающем центр Млечного Пути. Более десяти лет ученые спорят о том, что порождает этот необычный сигнал. Новые результаты показывают, что темная материя остается жизнеспособным объяснением, и отбрасывать эту гипотезу пока рано. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Галактический центральный избыток (GCE) представляет собой широкое гамма-свечение, простирающееся на тысячи световых лет вокруг ядра Млечного Пути. Ученые предложили несколько возможных объяснений его происхождения.

Одна из возможностей — самоаннигилирующая темная материя, гипотетическая форма материи, составляющая значительную часть массы Вселенной, но так и не обнаруженная напрямую. Другое ведущее объяснение предполагает наличие большого количества миллисекундных пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд, излучающих высокоэнергетическое излучение.

Несмотря на многолетние исследования, ученые не пришли к единому мнению о причине сигнала.

«Интерпретировать сигнал особенно сложно, потому что Галактический центр — это исключительно яркая и переполненная область гамма-неба», — объясняет Флориан Лист, автор исследования и исследователь из Венского университета.

Машинное обучение добавляет недостающий элемент

Предыдущие статистические анализы в целом отдавали предпочтение объяснению с пульсарами. Однако эти исследования упускали из виду важный источник информации: энергию каждого обнаруженного гамма-фотона.

Чтобы устранить это ограничение, исследовательская группа разработала систему машинного обучения, обученную на более чем миллионе смоделированных наблюдений гамма-излучения. Впервые метод оценивал одновременно как пространственное распределение сигнала, так и энергии отдельных фотонов.

По словам исследователей, включение данных об энергии фотонов существенно меняет результаты.

Более ранние исследования предполагали, что сигнал исходит от относительно ярких неразрешенных источников света, часто называемых точечными источниками. Новый анализ показывает, что если такие точечные источники и ответственны за сигнал, то они должны быть чрезвычайно тусклыми.

«Наш новый анализ показывает, что источники должны быть настолько тусклыми, что их было бы почти невозможно отличить от излучения, ожидаемого от аннигилирующей темной материи», — говорит Ник Родд, автор исследования и ученый из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Результаты также создают проблему для объяснения с пульсарами. Если миллисекундные пульсары порождают свечение, исследование предполагает, что в центре Млечного Пути должно быть сосредоточено не менее 35 000 таких объектов. Это намного больше, чем несколько сотен или тысяч источников, предполагавшихся в некоторых более ранних исследованиях.

Темная материя остается в числе претендентов

«Происхождение Галактического центрального избытка — один из самых продолжительных споров в астрофизике, — говорит Флориан Лист. — Наша работа не доказывает, что темная материя ответственна за сигнал. Однако она показывает, что пока еще слишком рано исключать такую возможность».

Новые результаты ослабляют один из самых сильных аргументов, которые использовались против объяснения с темной материей. Хотя исследование не предоставляет прямых доказательств того, что темная материя порождает гамма-свечение, оно предполагает, что темная материя остается правдоподобной возможностью.

Пока что источник Галактического центрального избытка остается неизвестным, гарантируя, что одна из самых загадочных тайн астрономии продолжает существовать.

Источники:

Материалы предоставлены Венским университетом.

Florian List, Yujin Park, Nicholas L. Rodd, Eve Schoen, Florian Wolf. Energy Distribution of the Galactic Center Excess’s Sources. Physical Review Letters, 2026; 136 (23) DOI: 10.1103/dkcq-6y4f