ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ

— ДОГАДКИ, ИДЕИ, ОТКРЫТИЯ

Астрофизикам, возможно, наконец-то улыбнулась удача, и им удалось обнаружить сигнал темной материи – таинственной и неуловимой субстанции, из которой состоит большая часть материи во Вселенной.

Детально изучая данные, собранные космическим рентгеновским телескопом XMM-Newton Европейского космического агентства, группа исследователей выявила странный всплеск в спектрах рентгеновских лучей, поступающих из двух различных источников – галактики M31 (Туманности Андромеды) и скопления галактик Персея. Ученые говорят, что данный сигнал не соответствует ни одной известной частице или атому и, возможно, он излучается темной материей.

"Распределение сигнала в пределах галактики в точности соответствует тому, что мы ожидали от темной материи, то есть, он сконцентрирован и интенсивен в центре объектов и более слаб и размыт по краям",– говорит участник группы Олег Ручайский из Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария)."С целью подтверждения наших результатов мы посмотрели на данные от нашей собственной галактики, Млечного пути, и сделали те же самые наблюдения",– добавил ведущий автор исследования Алексей Боярский (Лейденский университет, Нидерланды).

Темная материя так называется, потому что она не поглощает и не излучает света, и поэтому ее нельзя наблюдать непосредственно. Но астрономы знают, что темная материя существует, так как она взаимодействует гравитационно с "обычной" материей. Наблюдения за движением звезд в галактиках указывают на то, что примерно 80% всей массы Вселенной составляет темная материя.

Ученые предложили много различных экзотических частиц, из которых может состоять темная материя. Это и гипотетические слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPS), аксионы и стерильные нейтрино – "собратья" обычных нейтрино (частицы, напоминающие электроны, но не имеющие электрического заряда).

Распад стерильных нейтрино, как думают ученые, сопровождается рентгеновским излучением. Таким образом, исследовательская группа подозревает, что обнаруженный всплеск в спектре излучения из Туманности Андромеды и галактического кластера в Персее может принадлежать этим экзотическим частицам, из которых состоит темная материя.

Если результаты исследования, которые на следующей неделе будут опубликованы в журнале Physical Review Letters, подтвердятся, это может означать начало новой эры в астрономии, говорят исследователи.

"Подтверждение этого открытия может потребовать создания новых телескопов, разработанных специально для изучения сигналов от частиц темной материи",– считает Алексей Боярский,– "Мы сможем проследить темные структуры в космосе и выяснить, как сформировалась Вселенная".

*  *  *

Темная материя посветлела
Ученые, возможно, зарегистрировали темную материю

Астрономам, возможно, впервые удалось пролить свет на природу темной материи — странной субстанции, о существовании которой ученые начали догадываться еще 70 лет назад, но поймать сигнал которой еще не удавалось никому. Точнее, свет могла пролить сама темная материя в виде небольшого числа фотонов. Если это так, то ученые вскоре поймут, из каких частиц она состоит и какие гипотезы нужно отбросить.

Темная материя на то и темная, что никакого света не излучает и проявляет себя лишь косвенно — по чрезмерному притяжению звезд в галактиках да по искривлению света — двум эффектам, связанным с ее гравитационным воздействием. На роль носителей этой материи ученые предлагают различные, еще не известные науке экзотические частицы, например так называемые вимпы — слабовзаимодействующие массивные частицы, стерильные нейтрино и другие.

Астрономы под руководством Олега Ручайского из Федеральной политехнической школы Лозанны и при поддержке Лейденского университета, анализируя рентгеновское излучение двух объектов — соседней с нами галактики Андромеды и скопления галактик в Персее, зафиксировали сигнал, который может быть отнесен к частицам — носителям темной материи.

В своей работе ученые провели широкий анализ данных, полученных космической рентгеновской обсерваторией XMM-Newton, которая наблюдала за этими объектами.

Имея большой объем зафиксированных данных, ученые смогли уловить едва заметное превышение рентгеновского излучения в узком участке спектра — 3,5 килоэлектрон-вольта.

Сразу стало ясно, что это превышение — избыток фотонов, вырабатываемых при рождении каких-то частиц.

Ученые считают, что эти фотоны могут рождаться при распаде стерильного нейтрино — одного из кандидатов в носители черной материи.

«Наблюдения галактики Андромеды с помощью спутника XMM-Newton проводились не нами. Все эти данные имеются в открытом доступе. Мы выбирали из массива данных те наблюдения, которые были нам интересны, — Андромеду, Персея и Млечный Путь», — рассказал «Газете.Ru» Олег Ручайский.

По его словам, в одном из диапазонов был обнаружен всплеск — ученые увидели несколько сотен лишних фотонов, существование которых не объясняется с помощью астрофизических моделей.

«Это очень слабый сигнал. Это превышение над фоном буквально на 1–1,5%. Заметить их удалось благодаря тому, что наблюдения были очень продолжительными», — добавил ученый.

Ручайский рассказал, что заметить это превышение раньше не удавалось, потому что продолжительность прежних наблюдений не превышали ста тысяч секунд.

А теперь исследователи взяли все имеющиеся наблюдения от центра Андромеды и Персея. И лишь благодаря этому они увидели три сигнала, статистическая значимость которых составляет 3σ.

«Всегда есть какие-то неучтенные математические погрешности. Для нас важным является то, что мы видим этот сигнал не только в галактике Андромеды, но и в скоплении Персея. А оно находится от нас дальше, чем Андромеда. Поэтому этот сигнал имеет небольшое красное смещение — несколько меньше энергии», — уточнил Олег Ручайский. По его словам, это смещение соответствует удалению от Млечного Пути.

Наконец, ученые «посмотрели» в центр Млечного Пути и увидели этот же сигнал. Там он находится в номинальной позиции — центр Млечного Пути от нас не смещен. Зная, какой сигнал в Андромеде, ученые смогли высчитать, какой сигнал будет во Млечном Пути.

И они его получили.

Кроме того, аналогичные исследования, но в отношении других объектов, проводили астрономы из Гарварда, а также Максим Маркевич из ИКИ РАН, и они добились схожих результатов.

Еще одним важным фактором, подтверждающим происхождение темной материи, являются измерения пространственного распределения. В случае со скоплением в Персее оно большое и занимает на небе область радиусом порядка двух угловых градусов. Это большой и интересный кластер, ученые его очень активно изучают «в рентгене». Имеются наблюдения, находящиеся на разном расстоянии от центра кластера, — астрономы смотрели в центральной области, со смещениями и вплоть до краев.

«Можно разбить наблюдения по группам, по тому, как они расположены от центра. Видно, что интенсивность линии уменьшается. Она видна в каждой группе по отдельности — уже с низкой статистической значимостью.

В то же время видно, что она уменьшается так, как мы бы ожидали уменьшения сигнала темной материи.

Однако статистическая значимость недостаточно высокая, чтобы что-то утверждать наверняка», — рассказал Ручайский.

Исследователи пытались увидеть сигнал в галактике Андромеды вне центра, и им это не удалось — сигнал был слишком слабым, чтобы увидеть его с помощью аппарата XMM-Newton.

Изначально ученые занимались поисками распада стерильного нейтрино, однако даже если найденный сигнал подтвердится, это не говорит о том, какая частица распадается.

«Это говорит нам, что есть какая-то частица. Она легкая.

Ее масса 7 ГэВ. Но какая это частица, мы узнать не можем. Мы можем исключить много вариантов, например вимп — он слишком легкий. Но кандидатов на такой сигнал очень много», — добавил Олег Ручайский.

По его словам, сколько фотонов даст распадающееся стерильное нейтрино, определяется временем его жизни. Сейчас исследователи полагают, что оно длиннее, чем 10^-26 или 10^-27 секунд. И результаты наблюдений это пока подтверждают.