Изучение Вселенной в гамма-лучах не показало никаких следов тёмной материи

Учёные из Нидерландов проанализировали данные за шесть лет наблюдений космического гамма-телескопа Fermi и не нашли в них никаких свидетельств присутствия во Вселенной частиц тёмной материи. Длительное время именно гамма-след от аннигиляции гипотетических частиц тёмной материи считался одним из наиболее реальных методов обнаружения этой невидимой субстанции. Соответствующая статья вскоре будет опубликована в Physical Review D, а пока с её препринтом можно ознакомиться на сайте Корнельского университета.

Наиболее распространённая модель тёмной материи исходит из того, что она состоит из тяжёлых слабо взаимодействующих с обычной материей частиц. Поскольку они не отклоняют фотоны, увидеть их нельзя. Однако такие частицы в теории должны периодически сталкиваться между собой. Столкновение может закончиться их аннигиляцией и выбросом гамма-фотонов. Поскольку тёмная материя во Вселенной распределена слегка не так, как обычная, наблюдения за фоновым гамма-излучением в теории способно выявить следы таких распадов частиц невидимой материи. Чтобы прояснить этот вопрос, европейские физики изучили огромные массивы данных, накопленные космическим гамма-телескопом Fermi за несколько лет работы.

Исследователи выявили два основных типа гамма-фотонов фонового излучения. Первый по энергии выше одного гигаэлектронвольта. Это значит, что наиболее вероятным местом  рождения таких фотонов являются окрестности далёких чёрных дыр, активно поглощающих материю. Там частицы могут приобретать огромные энергии. Фактически, это огромные природные ускорители типа Большого адронного коллайдера, только несопоставимо мощнее.

Проблемой этой версии является то, что в оптическом и иных диапазонах в точках, откуда приходят эти гамма-фотоны, ничего не видно. А обычно окрестности активной чёрной дыры дают весьма сильный видимый свет. Материя, падающая в неё, предварительно разогревается до многих тысяч градусов, отчего начинает светиться. Наиболее яркие из известных источников света — заметные с расстояний во многие миллиарды световых лет — являются именно окрестностями чёрных дыр. Авторы работы предполагают, что речь идёт о таких источниках, видимый свет от которых чем-то эффективно поглощается, а гамма-излучение почему-то проходит.

Вторая часть найденных гамма-фотонов — с энергиями менее гигаэлектронвольта. Их источник совершенно неясен. В существующих астрофизических теориях не предполагается никаких механизмов, которые могли бы породить такое излучение. Авторы предлагают задуматься над природой этой загадочной компоненты.

Не менее важным результатом новой работы является то, чего ей не удалось обнаружить. Никаких всплесков на фоновом гамма-излучении, могущих исходить от скоплений тёмной материи, найти не удалось. По сути статья исключает ряд более ранних гипотез о природе тёмной материи. В то же время в целом её существование работой не исключается. Поскольку никаких точных данных о природе тёмной материи пока нет, всё дело может быть в том, что она состоит не из тех частиц, которые ожидали увидеть теоретики.