Лъчи издадоха тъмната материя

Уред на МКС откри убедително доказателство за съществуването на загадъчната субстанция.

Оказва се, че електроните и позитроните, бомбардиращи Земята от дълбините на Космоса, имат различен произход.

Откритието, извършено от американски учени с уреда AMS, монтиран на борда на Международната космическа станция, помага да се хвърли светлина върху свойствата на тъмната материя и още по-силно да се убедят астрономите в съществуването на тази загадъчна същност.

Доказателството за нейното съществуване е една от най-важните задачи на съвременната астрофизика.

Известно е, че голяма част от масата на Вселената се състои от тъмна материя – странна субстанция, която крепи галактиките. Тя не отразява и не излъчва светлина (макар и да я огъва), затова остава невидима за телескопите, работещи в различни области на електромагнитния спектър.

Но вероятно тя може да излъчва нещо. Според една от хипотезите тъмната материя може да се състои от вимпове (от англ. WIMP, Weakly Interacting Massive Particle – слабо взаимодействащи масивни частици).

Теоретиците са предсказали, че при сблъсък между две такива частици трябва да се отделя енергия, зависеща от масите на сблъскващите се частици. В резултат на сблъсъка трябва да се образуват стабилни елементарни частици, като електрони, протони и техните античастици – притежаващите противоположен заряд антипротони и позитрони.

Последните две частици, като представители на антиматерията, във Вселената се срещат изключително рядко. Те може да се наблюдават или в лабораторни условия, например в ускорители, или в нищожни концентрации в състава на космическите лъчи.

При това превишението на концентрацията на античастици в състава на обичайната (барионна) материя в определени диапазони на енергия би означавало, че техни източници се явяват не астрофизични обекти, например мощни пулсари, а тъмна материя.

За да се изследва съставът на космическите лъчи за концентрацията на антиматерия в тях, през 2011 година по предложение на Нобеловия лауреат Самюел Тинг към борда на МКС беше прикрепен уредът AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), доставен със совалката „Индевър“.

Теоретичните изчисления показват, че ако антиматерията се ражда при сблъсъци на частици обикновена материя, то концентрацията на позитрони трябва да намалява с нарастването на енергията на частиците, а ако това не е така – търсете друг източник на позитроните.

Като се започне от 2011 година, AMS е анализирал 41 млрд. прилитащи от Космоса частици и е уловил за това време едва 10 млн. позитрони и електрони с енергия от 0,5 до 500 гигаелектронволта – най-широкото разпространение на енергия, измерено някога за космически частици.

Анализът показал превишаване на броя нискоенергийни позитрони над пределното теоретично ниво. При увеличение на енергията броят на позитроните спада, но при достигане на 275 гигаелектронволта концентрацията има непредсказан по-рано пик, а след това отново спада.

Оказало се, че потокът позитрони в космическите лъчи не е свързан с потока на техните античастици – електроните.

„Те изобщо нямат никакво отношение един към друг. Това е много, много странно. Прекарахме много време, за да го проверим, и сега няма съмнение, че е така“, заявил Тинг, професор от Масачузетския технологичен институт, ръководител на изследването. Това сочи, че позитроните и електроните идват на Земята от различни източници, като източник на позитроните най-вероятно е именно загадъчната тъмна материя.

„Новите данни от AMS еднозначно показаха, че в галактиката има нов източник на позитрони. Тъмната материя съществува. Още не знаем какво е това, но AMS има възможност да хвърли светлина върху нейните свойства. Сега виждаме намек и по нашите сили е да кажем дали това е истина“, смята Паоло Зукон, съавтор на откритието, публикувано в сп. Physical Review Letters.