Гамма-излучение, зафиксированное гамма-телескопом «Ферми», по мнению исследователя, может быть объяснено только распадом вимпов — частиц тёмной материи, существование которых уже поставили под сомнение многие физики. Если независимые проверки подтвердят это открытие, оно способно существенно изменить наше представление о Вселенной.

Кризис теории вимпов

До 2020-х годов наиболее распространённой гипотезой, объясняющей наблюдаемую картину во Вселенной, было существование слабо взаимодействующих частиц тёмной материи — вимпов. Сторонники этой теории считали, что такие частицы воздействуют на обычную материю только через гравитацию и не участвуют в других взаимодействиях. Однако к концу 2010-х годов эта концепция стала вызывать всё больше вопросов.

Многомиллиардные поиски следов вимпов с помощью различных детекторов не дали результатов, а наблюдения столкновений галактических скоплений не выявили влияния этих частиц на изменение скоростей галактик. Даже если вимпы не взаимодействуют с обычной материей, между собой они должны сталкиваться, однако и таких следов обнаружено не было, что поставило под сомнение само существование вимпов.

Новое исследование: возможное обнаружение следов тёмной материи

Томонори Тотани из Токийского университета опубликовал в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics работу, в которой утверждает, что обнаружил следы распада вимпов. По его мнению, это может быть первым «прямым» свидетельством существования тёмной материи.

Согласно распространённым в 2010-х годах представлениям, вимпы и тёмная материя в целом должны концентрироваться в центрах галактик. При аннигиляции таких частиц должны возникать гамма-фотоны. Тотани проанализировал данные по гамма-излучению из центральной области нашей Галактики и обнаружил статистически значимый пик около 20 гигаэлектронвольт.

Излучение соответствует сферически симметричному гало вокруг центра Галактики. Исследователь учёл возможные систематические неопределённости, но даже с их учётом пик в районе 20 ГэВ сохраняется.

Характеристики сигнала и возможные объяснения

Энергии гамма-фотонов соответствуют аннигиляции частиц с массой примерно в 500–800 раз больше массы протона, а произведение сечения аннигиляции вимпов на скорость процесса оценивается в 5–8×10⁻²⁵ см³/с. Тотани отмечает, что это значение выше, чем ранее полученные другими группами ограничения, но считает такой результат возможным с учётом неопределённостей исходных данных.

«Если всё верно, то, насколько мне известно, это первый раз, когда человечество “увидело” тёмную материю. И тогда окажется, что она состоит из новых частиц, не входящих в стандартную модель физики частиц, что станет значительным сдвигом как для астрономии, так и для физики», — считает астроном.

Главный аргумент исследователя — другие известные науке астрофизические источники гамма-излучения не должны давать пик на 20 гигаэлектронвольт. Однако источники высокоэнергетических излучений в галактиках до сих пор изучены недостаточно, и новые открытия в этой области могут поставить под сомнение его выводы. Кроме того, на земных ускорителях вимпы с массой 500–800 протонов пока не обнаружены, несмотря на значительные инвестиции в их поиски.

Альтернативные гипотезы и скептицизм научного сообщества

В последние годы всё больше астрофизиков и космологов сомневаются не только в существовании вимпов, но и в том, что тёмная материя вообще состоит из частиц. Альтернативная гипотеза, согласно которой тёмная материя представлена компактными шаровыми скоплениями чёрных дыр, набирает популярность в 2020-х годах.

---

Изображение: Карта интенсивности гамма-излучения в направлении центра Галактики, исключающая всё, кроме предполагаемого гало тёмной материи (в частности, серую полосу, в которой находится плоскость галактического диска). © Tomonori Totani, University of Tokyo