Исследователи, изучающие слабое гамма-излучение вблизи центра Млечного Пути, заявляют, что два возможных объяснения остаются одинаково вероятными. Гамма-лучи могут исходить от столкновений частиц темной материи или от быстро вращающихся нейтронных звезд, известных как миллисекундные пульсары.
Гамма-лучи — это свет наивысшей энергии. Избыток, обнаруженный космическим телескопом Ферми имени НАСА, изучался годами как возможный признак темной материи. Галактический центр — это центральная область Млечного Пути, где наблюдается этот необъяснимый избыток.
Темная материя — это невидимая форма материи. Ученые не обнаружили ее напрямую, но могут предположить ее присутствие по тому, как ее гравитация влияет на другую материю. Понимание того, что вызывает избыток гамма-излучения, может помочь ученым узнать больше о темной материи.
Избыток был предсказан как возможный сигнал от самоаннигиляции частиц темной материи. Один из предложенных типов частиц темной материи — WIMP, или слабо взаимодействующая массивная частица. В некоторых теориях при столкновении этих частиц могут возникать гамма-лучи.
«Темная материя доминирует во Вселенной и удерживает галактики вместе. Это чрезвычайно важно, и мы постоянно отчаянно ищем идеи, как ее обнаружить, — сказал соавтор Джозеф Силк, профессор физики и астрономии Университета Джонса Хопкинса и исследователь Института астрофизики Университета Сорбонны и CNRS. — Гамма-лучи, и в частности избыточный свет, который мы наблюдаем в центре нашей галактики, могут стать нашей первой подсказкой».
Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, рассматривает, как история Млечного Пути могла повлиять на количество и распределение темной материи вблизи его центра. Исследование возглавил Моритс Муру из Института астрофизики имени Лейбница в Потсдаме.
Исследователи использовали суперкомпьютеры для моделирования галактик, подобных Млечному Пути, с помощью симуляций Hestia. Эти симуляции воссоздают части локальной Вселенной и позволяют ученым изучать, как галактики формируются и изменяются со временем.
Модели включали раннюю историю Млечного Пути. В течение первого миллиарда лет своего существования меньшие системы, подобные галактикам, входили в молодой Млечный Путь и становились его частью. Эти слияния помогли сформировать галактику.
По мере того как темная материя притягивалась к центру Млечного Пути под действием гравитации, она становилась более концентрированной. Это увеличило количество возможных столкновений частиц темной материи. Когда исследователи включили эту историю в свои модели, полученные карты показали сходство с картами гамма-излучения, записанными Ферми.
Форма гамма-излучательного сигнала также важна. Более ранние наблюдения выявили примерно прямоугольный узор, связанный с центральным балджем Млечного Пути — плотным регионом, содержащим множество старых звезд.
Другое возможное объяснение — популяция миллисекундных пульсаров. Это старые нейтронные звезды, которые чрезвычайно быстро вращаются и могут производить высокоэнергетическое излучение, включая гамма-лучи. Нейтронная звезда — это плотный остаток, остающийся после того, как массивная звезда достигает конца своей жизни и взрывается.
Модели исследователей предсказывают, что гамма-лучи, производимые темной материей, будут иметь более неравномерное, или несферическое, распределение. Это различие может в конечном итоге помочь ученым различить два объяснения.
Объяснение с миллисекундными пульсарами также имеет нерешенную проблему. Чтобы воспроизвести наблюдаемый гамма-излучательный сигнал, исследователи должны предположить, что в этом регионе больше миллисекундных пульсаров, чем было обнаружено до сих пор.
Дополнительные доказательства могут поступить от Телескопа Че́ренкова — гамма-обсерватории, предназначенной для изучения гамма-лучей очень высокой энергии. Исследователи говорят, что его наблюдения могут помочь различить темную материю и миллисекундные пульсары.
Исследовательская группа также планирует эксперимент, чтобы определить, имеют ли гамма-лучи из центра Млечного Пути более высокие или низкие энергии. Сигналы более высокой энергии соответствовали бы миллисекундным пульсарам, в то время как гамма-лучи более низкой энергии могли бы производиться столкновениями темной материи. «Чистый сигнал, на мой взгляд, будет неопровержимым доказательством», — сказал Силк.
Исследователи также планируют изучить несколько карликовых галактик, которые вращаются вокруг Млечного Пути. Они предскажут, где должна концентрироваться темная материя в этих галактиках, и сравнят эти прогнозы с будущими наблюдениями высокого разрешения. «Возможно, мы увидим новые данные и подтвердим одну теорию над другой, — сказал Силк. — Или, возможно, мы ничего не найдем, и тогда это будет еще большая загадка, которую предстоит решить».
Источник: Johns Hopkins University, APS
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное законодательством об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать его.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
