Тёмная материя, возможно, участвует в неизвестном виде фундаментальных взаимодействий.

Фотоны из центра галактики указывают на то, что частицы тёмной материи имеют массу в 30-35 гэв. Но попытки найти их в этом диапазоне в земных лабораториях (с помощью известных негравитационных взаимодействий) пока не слишком удачны. Не участвует ли ТМ в неизвестном, пятом виде физических взаимодействий?

Гамма - телескоп "Ферми" не первый год намекает на наличие в центре нашей галактики следов аннигиляции частиц тёмной материи (ТМ) - субстанции, вроде бы составляющей основную часть всего сущего, но до сих пор надёжно не зарегистрированной. Предполагается, что ТМ, как и обычная материя, имеет для своих частиц "Тёмные" же античастицы, и рано или поздно такие "напарники" должны сталкиваться, порождая то же, что вещество, столкнувшееся с антивеществом, - поток частиц света, фотонов высоких энергий. Поскольку ТМ точно способна гравитационно взаимодействовать с обычной, то её притягивает к центру галактики, плотнее всего упакованному материей. И вероятность подобной аннигиляции в ядре должна быть самой высокой, порождая заметный избыток гамма-излучения.

Новое исследование, предпринятое учёными во главе с танцу дайланом (Tansu Daylan) из гарвардского университета (США), в очередной раз попыталось проверить, так ли это - или загадочное излучение из центра галактики всё же вызвано быстровращающимися нейтронными звёздами, также способными на гамма-излучение в наблюдаемом "Ферми" диапазоне.

Для этого учёные провели собственный анализ полученных космическим телескопом данных и заодно проверили выводы других групп, сделанные на сходной основе. "Обрезав" хвосты функциям рассеяния точек, описывающим зависимость распределения яркости излучения от координат в плоскости изображения, они получили более чёткую, чем когда-либо ранее, карту гамма-излучения, поступающего из ядра млечного пути. При этом оказалось, что излучение исходит из области диаметром в 5 000 световых лет, имеющей чёткую сферическую форму, со сверхмассивной чёрной дырой стрелец а * в центре.

Энергия интересующих исследователей фотонов в диапазоне 1-3 гэв лежала. Для столь энергичных фотонов, считают астрофизики, симметричный сигнал из чётко очерченной области довольно трудно объяснить иначе как следами распада тёмной материи. Миллисекундные пульсары (нейтронные звёзды) слишком малочисленны, да и по пространственному распределению никак не могут быть разбросанными в этой сфере равномерно: плотность звёзд в ядре млечного пути, как и во всём его диске, резко меняется в зависимости от того, насколько выше или ниже плоскости диска эти светила находятся. Между тем сигнал, зарегистрированный "Ферми", виден даже на большом удалении от центра галактики (до десяти градусов), причём и вверх, и вниз от диска. Это, по сути, ставит крест на версии о нейтронных звёздах как источниках сигнала.

Таким образом, если учёные действительно правы в интерпретации таких фотонов как следов ТМ, то невидимые частицы этого вида материи должны быть примерно в 30-35 раз тяжелее обычного протона, знакомого нам по атому водорода, то есть речь идёт о примерно 30-35 гэв. И это довольно странно, даже необъяснимо. Дело в том, что в этом диапазоне на земле проведено множество экспериментов по поиску ТМ - частиц, и следы ТМ такого рода должны были давно проявиться. Но этого не случилось. Почему же?

Возможно, ответ на этот вопрос заключается в том, что мы не совсем верно представляем себе те взаимодействия, в которых ТМ - частицы участвуют. Современные теории считают, что ТМ - и "Нормальные" частицы взаимодействуют, обмениваясь либо Z - бозоном (переносчиком слабого взаимодействия), либо бозоном хиггса, отвечающим за наличие у элементарных частиц их масс. Следовательно, в районе 30 гэв такие взаимодействия должны быть замечены экспериментаторами.

А вот если ТМ - частицы плевать хотели на Z - бозон и даже отчасти на его хиггсовского коллегу, то, конечно, зарегистрировать ТМ в таких опытах не получится, потому что ставить их надо несколько иным образом. Правда, тогда для взаимодействия ТМ - частиц и обычных нужен другой, ещё неведомый. Да - да, требуется пятое, неизвестное фундаментальное взаимодействие. "Было бы Просто Здорово, Если бы, Открывая Тёмную Материю, мы Попутно Открыли бы и Новый вид Физических Взаимодействий", - говорит Трэйси слэйтир (Tracy Slatyer) из массачусетского технологического института (США.

Вам не по себе от таких предположений? После этих слов мы тоже огляделись по сторонам, проверяя, живём ли мы в том же мире, где проснулись утром. И всё же, если сигналы "Ферми" интерпретированы верно, вероятность существования пятой силы начинает выглядеть много более реальной, чем прежде. Как вы понимаете, это будет означать серьёзную корректировку физики - более существенную, чем даже после бозона хиггса.

Напрашивается, как говорил классик, вопрос: "яка розумная цьому альтернатiва? "Очевидно, Остаётся Одно: Сигнал"ферми" может быть вообще не связан с тёмной материей. Как же так, вроде бы миллисекундные пульсары не подходят на роль альтернативных источников? Среди прочего миллисекундные пульсары обычно выдают гамма-излучение, по энергии частиц уступающее даже 1 гэв. Ну, один вариант всё же есть. Это могли бы быть пульсары такого типа, о которых мы ещё ничего не знаем", - предполагает Кеворк абазаджян (Kevork Abazajian), астроном из калифорнийского университета в ирвайне (США. Конечно, это более комфортная версия, соглашается он: "Проще Думать о Новом Классе Нейтронных Звёзд, чем о Целом Новом Типе Материи".

Как бы нам всё-таки отделить неведомые пульсары от не менее загадочной пятой силы и выяснить, что из этих двух вариантов правда? Есть кое-какие возможности: вокруг млечного пути присутствует пара дюжин карликовых галактик - спутников, в которых, по идее, удельный вес тёмной материи должен быть много больше, чем в нашей галактике. То есть и распадаться там она должна интенсивнее. Уже сейчас за ними ведутся наблюдения, которые в скором времени смогут показать нам, есть ли в таких местах сигналы, подобные тем, что видит "Ферми" в нашем галактическом ядре.

По факту та же коллаборация "Ферми" уже дала данные, указывающие на регистрацию следов аннигиляции ТМ в галактиках - спутниках с вероятностью в 2-3. И если дело дойдёт до 5? , То сцепка "Тёмная Материя - Новый вид Физических Взаимодействий" может стать передним краем современной физики. Отчёт об исследовании предполагается опубликовать в журнале Physical Review.