Темна матерія пов’язує між собою несподівані сигнали обсерваторії «Фермі» та супутника WMAP

Американські фізики-теоретики Ден Гупер (Dan Hooper) і Тім Лінден (Tim Linden) із Національної прискорювальної лабораторії імені Фермі показали, що темна матерія може пов’язати між собою несподівані сигнали космічної обсерваторії «Фермі» та супутника WMAP.

Йдеться про окремі компоненти гамма-випромінювання та мікрохвильового випромінювання, виявлені космічними апаратами й локалізовані в центральній області Чумацького Шляху.

Помічений телескопом потік гамма-променів зосереджений у радіусі ~0,5˚ від центра Галактики, а спектр цього випромінювання має чіткий пік в області 2–4 ГеВ. Хоча за появу такого компонента можуть відповідати певні «звичайні» астрофізичні джерела (незареєстрована популяція мілісекундних пульсарів), подати його як результат анігіляції частинок темної матерії — вімпів — набагато простіше. Частинки мають мати масу 7,3–9,2 ГеВ й анігілювати з утворенням тау-лептонів τ⁺τ^– або, можливо, інших лептонів.

Результати гамма-огляду всього неба, виконаного «Фермі». Центральна яскрава смуга — це Чумацький Шлях. (Ілюстрація НАСА.)

Якщо спостережуваний гамма-сигнал справді пов’язаний з анігіляцією вімпів, то у внутрішню область Галактики мають надходити енергійні електрони й позитрони. Вони втрачатимуть енергію внаслідок оберненого комптонівського розсіяння, а також під час випускання синхротронного та гальмівного випромінювання. При цьому гігаелектронвольтові електрони й позитрони, що рухаються в магнітному полі з індукцією 10–100 мкГс, дають синхротронне випромінювання на гігагерцових частотах, які потрапляють у діапазон спостережень апаратів, зайнятих вивченням космічного мікрохвильового фонового випромінювання.

WMAP належить саме до таких супутників, і йому, що цікаво, вдалося зареєструвати певний надлишок потоку мікрохвильового випромінювання в радіусі 20˚ від центра Чумацького Шляху. Стандартні астрофізичні пояснення цього ефекту не надто переконливі, тому частина вчених і вважає його проявом анігіляції вімпів.

Пани Гупер і Лінден спробували об’єднати теоретичні моделі даних «Фермі» та WMAP. Оскільки маса вімпів, їхній розподіл у просторі, а також переріз і вид анігіляції досить чітко визначаються за інтенсивністю та спектральними характеристиками гамма-сигналу, властивості «синхротронного» сигналу можна передбачити й порівняти зі спостережуваними.

За твердженням авторів, схема з вімпами, що анігілюють, добре підходить в обох випадках. Узгодити дані «Фермі» та WMAP буде легше, якщо «дозволити» частинкам темної матерії анігілювати з утворенням тау-лептонів, мюонів μ⁺μ^– або електронів e⁺e^–. Якщо обмежитися тау-лептонами, задача не стане нерозв’язною, але доведеться припустити, що в області сигналу WMAP існує відносно сильне магнітне поле.

Найсерйознішою проблемою гіпотези Гупера й Ліндена можна вважати те, що її сформульовано для легких вімпів зі згаданою вище масою 7,3–9,2 ГеВ. Такі значення відповідають заявам колаборацій DAMA/LIBRA та CoGeNT, які нібито виявили частинки темної матерії, але ці результати не підтверджуються в інших подібних експериментах. Проти легких вімпів свідчать і дані японського нейтринного детектора Super-Kamiokande, опубліковані три тижні тому. Зв’язок тут такий: захоплення Сонцем вімпів із характеристиками, які пропонують DAMA/LIBRA та CoGeNT, і їхня подальша анігіляція в об’ємі зорі мають давати нейтринні сигнали в гігаелектронвольтовому діапазоні, але нічого відповідного Super-Kamiokande не бачить.

«Ми й не називаємо свою роботу надійним доказом існування темної матерії, — відповідає на критику Ден Гупер. — Просто ця сукупність [«Фермі», WMAP, CoGeNT, DAMA/LIBRA] сигналів здається мені найпереконливішою з усіх».

Повну версію звіту опубліковано в журналі Physical Review D; препринт статті можна завантажити із сайту arXiv.

Підготовлено за матеріалами Physicsworld.Com.

Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.