Сигналы, исходящие из центра Млечного Пути, могут оказаться новым типом темной материи

Темная материя продолжает сбивать ученых с толку, не поддаваясь ни одной попытке ее расшифровать. Согласно новому исследованию, подсказки могут скрываться в Центральной молекулярной зоне Млечного Пути — обширной области молекул водорода, окружающей центр нашей галактики.

Она составляет около 85% материи во Вселенной, однако темная материя не взаимодействует со светом и, по-видимому, взаимодействует с обычной материей только посредством гравитации. Известно только то, что она там есть, из-за ее гравитационных эффектов, но исследователи мало что знают о ней.

«Данные говорят нам, что темная материя потенциально может быть намного легче, чем мы думали», — говорит физик-теоретик Шьям Баладжи из Королевского колледжа Лондона.

Центральная молекулярная зона (ЦМЗ) Млечного Пути отличается от большей части галактики. Почти 80% ее плотного газа удерживается там, упакованным в холодные скопления, называемые молекулярными облаками. Газы проносятся со скоростью в сотни километров в секунду.

В этих гигантских облаках формируются новые молекулы, особенно из молекулярного водорода. Некоторые из облаков также являются звездными яслями, где сгустки газа и пыли становятся звездами.

У ЦМЗ много странностей, но новое исследование сосредоточилось на одной из них: странно положительном заряде того, что обычно является нейтральным газом. Это подразумевает, что что-то выбивает электроны из молекул водорода. Помимо попыток объяснить это, Баладжи и его коллеги из Испании и Франции исследовали его потенциальную связь с темным сектором — гипотетическим массивом квантовых полей, в основном отделенных от нашего видимого сектора, которые могли бы обеспечить существование темной материи.

В поисках частицы темной материи внимание ученых было приковано к группе, называемой «слабо взаимодействующие массивные частицы», или WIMP. Эти гипотетические частицы взаимодействуют с обычной материей только посредством двух из четырех фундаментальных сил: гравитации и слабого ядерного взаимодействия.

WIMP остаются неподтвержденными, несмотря на десятилетия исследований, нацеленных на них. Многие эксперты теперь выступают за более широкий, менее WIMP-центричный подход к темной материи. Баладжи утверждает, что более плотная частица темной материи не только возможна, но и может объяснить наличие положительно заряженных водородных облаков в ЦМЗ.

«В центре нашей галактики находятся огромные облака положительно заряженного водорода, которые десятилетиями оставались загадкой для ученых, поскольку обычно этот газ нейтрален. Так что же поставляет достаточно энергии, чтобы выбить из них отрицательно заряженные электроны?» — говорит Баладжи.

По его словам, энергетические сигнатуры, исходящие из этой части нашей галактики, указывают на то, что существует постоянный, бурлящий источник энергии, который именно этим и занимается, и данные говорят о том, что источником его может быть гораздо более легкая форма темной материи, чем предполагают современные модели.

Исследователи объясняют, что при столкновении более легких частиц темной материи в процессе, известном как аннигиляция, возникают пары противоположно заряженных «нетемных» частиц. Они могут ионизировать водородный газ, потенциально создавая положительно заряженные молекулярные облака, подобные тем, что находятся в ЦМЗ.

Предыдущие исследования изучали космические лучи как возможный источник ионизации, однако энергетические сигнатуры, полученные в результате наблюдений ЦМЗ, кажутся слишком слабыми, чтобы подтвердить этот сценарий. Они также не затрагивают WIMP. Что бы ни ионизировало водород, оно медленнее космических лучей и менее массивно, чем WIMP, заключают исследователи.

Их исследование описывает правдоподобность более легкой темной материи, и хотя это убедительный аргумент, это все еще спекулятивно. Необходимы дополнительные исследования, как для подтверждения того, что происходит в ЦМЗ, так и для разоблачения темной материи. В то же время, по словам авторов, это демонстрирует ценность более широкого и далекого поиска частиц темной материи.

«Поиск темной материи — одна из важнейших задач фундаментальной науки, но многие эксперименты проводятся на Земле, где люди с протянутой рукой ждут, когда темная материя сама придет к ним, — говорит Баладжи. — Всматриваясь в центр нашего Млечного Пути, водородный газ в ЦМЗ позволяет предположить, что мы приблизились к выявлению доказательств возможной природы темной материи».

Из любой точки галактики Млечный Путь кто-то посылает сигналы. Примерно каждые два часа импульс радиоволн проносится сквозь пространство-время, появляясь в данных, полученных за годы. Ранее группа астрономов под руководством Айрис де Рюйтер из Сиднейского университета определила источник этого загадочного сигнала — и это то, чего человечество никогда раньше не видело.