Загадочное свечение в центре Млечного Пути озадачивает астрономов уже более десятилетия. Новое исследование предлагает объяснение, которое также может перевернуть наши представления о тёмной материи.
(Изображение предоставлено NASA Goddard)
Новые результаты моделирования показывают, что тёмная материя вблизи центра нашей галактики имеет «сплющенную», а не круглую форму, как считалось ранее. Это открытие может указывать на происхождение загадочного высокоэнергетического свечения, которое озадачивало астрономов более десятилетия, хотя для исключения других теорий необходимы дополнительные исследования.
«Когда космический телескоп «Ферми» был направлен на центр Галактики, он зарегистрировал слишком много гамма-излучения», — сообщил Live Science по электронной почте Мооритс Михкель Муру , исследователь из Потсдамского астрофизического института имени Лейбница (Германия) и Тартуского университета (Эстония). «Разные теории борются за объяснение того, что может быть причиной этого избытка, но ни у кого пока нет окончательного ответа».
На раннем этапе учёные предположили , что свечение может быть вызвано столкновением и аннигиляцией частиц тёмной материи . Однако сплющенная форма сигнала не соответствовала сферическим гало, предполагаемым в большинстве моделей тёмной материи. Это несоответствие побудило многих учёных отдать предпочтение альтернативному объяснению, связанному с миллисекундными пульсарами — древними быстро вращающимися нейтронными звёздами, испускающими гамма-излучение.
Исследование, опубликованное 16 октября в журнале Physical Review Letters под руководством Муру, ставит под сомнение давнее предположение о форме тёмной материи. Используя передовые методы моделирования Млечного Пути , Муру и его коллеги обнаружили, что тёмная материя вблизи центра Галактики имеет не идеально круглую, а сплющенную форму — как и наблюдаемый сигнал гамма-излучения.
Постоянная космическая загадка
Гамма-лучи — самая энергичная форма света. Они часто возникают в самых экстремальных условиях Вселенной, таких как мощные звёздные взрывы и завихрения материи вокруг чёрных дыр. Однако даже после учёта известных источников астрономы постоянно обнаруживают необъяснимое свечение, исходящее из ядра Млечного Пути . Одно из предлагаемых объяснений заключается в том, что источником излучения является тёмная материя — невидимая субстанция, составляющая большую часть массы Вселенной. Некоторые модели предполагают, что частицы тёмной материи могут время от времени сталкиваться, преобразуя часть своей массы во всплески гамма-излучения.
«Поскольку прямых измерений тёмной материи нет, мы мало что о ней знаем», — сказал Муру. «Одна из теорий заключается в том, что частицы тёмной материи могут взаимодействовать друг с другом и аннигилировать. Когда две частицы сталкиваются, они выделяют энергию в виде высокоэнергетического излучения». Однако эта теория утратила популярность, когда сплющенная, дискообразная форма гамма-лучей перестала соответствовать предполагаемой форме гало темной материи, которые, как считается, имеют сферическую форму.
(Изображение предоставлено: NASA / Hubble)
Переосмысление формы темной материи
Муру и его коллеги решили пересмотреть базовое предположение о том, что тёмная материя во внутренней галактике должна иметь сферическую форму. Используя высокоразрешающее компьютерное моделирование, известное как комплекс HESTIA, который воссоздаёт галактики, подобные Млечному Пути, в реалистичной космической среде, команда изучила поведение тёмной материи вблизи галактического центра. Они обнаружили, что прошлые слияния и гравитационные взаимодействия могут исказить распределение темной материи, сплющив ее в овальную или коробчатую форму — во многом похожую на звездное скопление, наблюдаемое в центре нашей галактики.
«Наш самый важный результат показал, что причина, по которой интерпретация тёмной материи была отвергнута, кроется в простом предположении», — сказал Муру. «Мы обнаружили, что тёмная материя вблизи центра имеет не сферическую, а сплющенную форму. Это приближает нас к пониманию того, что такое тёмная материя на самом деле, используя данные, полученные из самого сердца нашей галактики». Эта переработанная картина означает, что ожидаемая картина гамма-излучения, вызванная аннигиляцией тёмной материи, может естественным образом быть очень похожа на ту, что наблюдают астрономы. Другими словами, объяснение, основанное на тёмной материи, могло быть недооценено просто потому, что учёные использовали неверную форму.
Что будет дальше?
Хотя новые данные подтверждают гипотезу о том, что источником гамма-излучения является тёмная материя, они не ставят точку в дискуссии. Чтобы отличить тёмную материю от пульсаров, астрономам необходимы более точные наблюдения. «Явным подтверждением звёздного объяснения было бы открытие достаточного количества пульсаров, чтобы объяснить гамма-излучение», — сказал Муру. «Уже строятся новые телескопы с более высоким разрешением, которые могли бы помочь решить этот вопрос».
Если новые инструменты, такие как „Square Kilometre Array“ (SKA) и „Cherenkov Telescope Array“ (CTA), обнаружат множество крошечных точечных источников в центре галактики, это будет свидетельствовать в пользу объяснения пульсарами. Если же излучение останется гладким и рассеянным, то теория тёмной материи получит поддержку.
«„Неопровержимым доказательством“ существования тёмной материи был бы сигнал, точно соответствующий теоретическим предсказаниям», — отметил Муру, добавив, что для такого подтверждения потребуются как усовершенствованное моделирование, так и более совершенные телескопы. «Ещё до появления следующего поколения наблюдений наши модели и предсказания постоянно совершенствуются. Одна из перспектив на будущее — найти другие места для проверки наших теорий, например, центральные области близлежащих карликовых галактик».
Загадка избытка гамма-излучения остаётся неразгаданной уже более 10 лет, и каждое новое исследование добавляет к ней новый фрагмент. Независимо от того, является ли свечение источником тёмной материи, пульсаров или чего-то совершенно неожиданного, результаты Муру показывают, как сама структура галактики может содержать важные подсказки. Изменяя наше понимание тёмного ядра Млечного Пути, учёные приближаются к ответу на один из самых важных вопросов современной астрофизики: что такое тёмная материя на самом деле.
СВЯЗАННЫЕ ИСТОРИИ
— Исследование показывает, что самоуничтожающаяся темная материя может заполнять небо гамма-лучами.
ВАМ МОЖЕТ ПОНРАВИТЬСЯ