Тъмната материя хвърли светлина

Възможно е учените да са регистрирали загадъчната субстанция.

Астрономите, възможно, за първи път успяха да хвърлят светлина върху природата на тъмната материя – странна субстанция, за съществуването на което учените започнали да се досещат още преди 70 години, но още никой не е успявал да открие сигнал от нея.

По-точно светлина може да хвърля самата тъмна материя във вид на малък брой фотони. Ако това е така, учените скоро ще разберат от какви частици се състои тя и какви хипотези трябва да се отхвърлят.

Тъмната материя затова се нарича тъмна, защото не излъчва никаква светлина и се проявява само косвено – по привличането на звездите в галактиките и по изкривяването на светлината – два ефекта, свързани с нейното гравитационно въздействие.

За ролята на носител на тази материя учените предлагат различни, още неизвестни на науката екзотични частици, например слабо взаимодействащи масивни частици, стерилни, т.нар. вимп и др.

Астрономи под ръководството на Олег Ручайски от Федералната политехническа школа на Лозана с подкрепата на университета в Лайден, анализирайки рентгеновото лъчение на два обекта – съседната ни галактика Андромеда и купа Персей, са фиксирали сигнал, който може да бъде отнесен към частици, носители на тъмна материя.

В своята работа учените са провели широк анализ на данните, получени от космическата рентгенова обсерватория XMM-Newton, която наблюдавала тези обекти.

Разполагайки с голям обем фиксирани данни, учените успели да уловят едва забележимо превишаване на рентгеновото лъчение в тесен участък на спектъра – 3,5 килоелектронволта.

Веднага станало ясно, че това превишение е излишък фотони, изработвани при раждането на някакви частици. Учените смятат, че тези фотони могат да се раждат при разпад на стерилно неутрино – един от кандидатите за носители на тъмната материя.

„Наблюденията на галактиката Андромеда със спътника XMM-Newton не са провеждани от нас. Всички тези данни са налични за открит достъп. Ние избрахме от масива данни тези наблюдения, които ни бяха интересни – Андромеда, Персей и Млечният път“, разказва Ручайски пред Газета.Ru.

По думите му в един от диапазоните бил открит пик – учените видели няколкостотин излишни фотона, съществуването на които не се обяснява с помощта на астрофизичните модели.

„Това е много слаб сигнал. Превишението над фона е буквално с 1–1,5%. Успяхме да го забележим благодарение на това, че наблюденията бяха много продължителни“, добавя ученият.

Ручайски разказва, че това превишение не е забелязано по-рано, тъй като продължителността на предишните наблюдения не е превишавала сто хиляди секунди. Сега изследователите взели всички налични наблюдения от центъра за Андромеда и Персей. И само благодарение на това те видели три сигнала, чиято статистическа значимост е 3σ.

„Винаги има неуточнени математически грешки. За нас важно е това, че виждаме този сигнал не само в галактиката Андромеда, но и в купа Персей. А той се намира по-далече от нас в сравнение с Андромеда. Затова този сигнал има неголямо червено отместване – малко-по-малка енергия“, уточнява Ручайски. Според него отместването съответства на отдалечението от Млечния път.

Накрая учените „надникнали“ в центъра на Млечния път и видели същия сигнал. Там той се намира в номинална позиция – центърът на нашата галактика не е отместен от нас. Знаейки какъв е сигналът в Андромеда, учените успели да изчислят какъв ще е той в Млечния път. И го получили.

Освен това аналогични изследвания, но спрямо други обекти, са провеждани от астрономи от Харвард и те са постигнали сходни резултати.

Още един важен фактор, потвърждаващ произхода на тъмната материя, е измерването на пространственото разпределение. В случая с купа Персей то е голямо и заема на небето област с радиус от порядъка на два ъглови градуса.

Това е голям и интересен куп и учените активно го изучават в рентгеновия диапазон. С наличните наблюдения на различно разстояние от центъра на купа астрономите погледнали и в централната област.

„Може да се разбият наблюденията по групи, според това как са разположени от центъра. Видно е, че интензивността на линиите намалява. Тя е видна във всяка група поотделно – вече с ниска статистическа значимост. В същото време е видно, че тя намалява така, както очаквахме намаляването на сигнала на тъмната материя. Но статистическата значимост не е достатъчно висока, за се твърди това със сигурност“, продължава Ручайски.

Изследователите се опитали да видят сигнала в галактиката Андромеда извън центъра, но не успели – той бил прекалено слаб, за да го видят с помощта на апарата XMM-Newton.

Първоначално учените се занимавали с търсене на разпад на стерилно неутрино, но дори ако откритият сигнал се потвърди, това не говори, че някоя частица се разпада.

„Това ни говори, че има някаква частица. Тя е лека. Масата ѝ е 7 килоелектронволта. Но каква е тази частица, не можем да разберем. Можем да изключим много варианти – например вимпа – той е прекалено лек. Но кандидати за този сигнал има достатъчно“  , добавя ученият.

Според него, колко фотона дава разпадащото се стерилно неутрино, ще се определи от времето на неговия живот. Сега изследователите смятат, че то е повече от 10²⁶ или 10²⁷ секунди. И резултатите от наблюденията засега го потвърждават.