Телескоп "Ферми" возможно позволил впервые "увидеть" темную материю

Японский астрофизик считает, что гамма-излучение чрезвычайно высокой энергии, обнаруженное возле центра нашей галактики с помощью «Ферми», могло возникнуть из-за аннигиляции частиц темной материи. Об этом рассказывают в Токийском университете. В начале 1930-х годов швейцарский астроном Фриц Цвикки наблюдал, как галактики в космосе движутся быстрее, чем это позволяла их масса, что побудило его сделать вывод о наличии какой-то невидимой структуры — темной материи — которая удерживает галактики вместе. Спустя почти 100 лет космический гамма-телескоп NASA «Ферми», возможно, предоставил прямые доказательства ее существования, позволив впервые «увидеть» невидимую материю. До сих пор ученые могли только косвенно наблюдать темную материю через ее влияние на наблюдаемую материю, например, через ее способность генерировать достаточную гравитационную силу, чтобы удерживать галактики вместе. По мнению астрофизиков, темную материю невозможно наблюдать непосредственно по той причине, что частицы, из которых она состоит, не взаимодействуют с электромагнитной силой, то есть темная материя не поглощает, не отражает и не излучает свет.

Карта интенсивности гамма-излучения, исключающая компоненты, кроме гало, и охватывающая примерно 100 градусов в направлении центра Млечного Пути. Горизонтальная серая полоса в центральной области соответствует области галактической плоскости, которая была исключена из анализа, чтобы избежать сильного астрофизического излучения. ©2025 Tomonori Totani, The University of Tokyo

Существует множество теорий, но многие исследователи выдвигают гипотезу, что темная материя состоит из так называемых «массивных слабо взаимодействующих частиц» (WIMP). Они тяжелее протонов, но очень мало взаимодействуют с другой материей. Несмотря на недостаток взаимодействия, предполагается, что при столкновении двух WIMP они аннигилируют и высвобождают другие частицы, включая фотоны гамма-излучения.

В поисках этих конкретных гамма-лучей исследователи на протяжении многих лет проводили астрономические наблюдения в регионах, где может быть сосредоточена темная материя, таких как центр Млечного Пути. Используя последние данные обсерватории «Ферми», профессор Томонори Тотани из кафедры астрономии Токийского университета считает, что наконец обнаружил конкретные гамма-лучи, предсказанные аннигиляцией теоретических частиц темной материи.

Исследование Тотани опубликовано в журнале «Journal of Cosmology and Astroparticle Physics».

«Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт (или 20 миллиардов электронвольт, что является чрезвычайно большим количеством энергии), которые распространяются в виде галообразной структуры в направлении центра галактики Млечный Путь. Компонент гамма-излучения точно соответствует форме, ожидаемой от гало темной материи», — сказал Тотани.

Наблюдаемый энергетический спектр, или диапазон интенсивности гамма-излучения, соответствует излучению, предсказанному в результате аннигиляции гипотетических WIMP, масса которых примерно в 500 раз превышает массу протона. Частота аннигиляции WIMP, оцененная на основе измеренной интенсивности гамма-лучей, также находится в пределах теоретических прогнозов.

Важно, как отмечают в Токийском университете, эти измерения гамма-лучей нельзя легко объяснить другими, более распространенными астрономическими явлениями или гамма-излучениями. Поэтому Тотани считает эти данные весомым доказательством гамма-излучения темной материей, которую искали в течение многих лет.

«Если это верно, то, насколько мне известно, это будет первый случай, когда человечество «увидит» темную материю. И оказывается, что темная материя — это новая частица, которая не входит в текущую стандартную модель физики частиц. Это означает значительный прогресс в астрономии и физике», — отметил Тотани.

Хотя Тотани уверен, что его измерения гамма-излучения обнаруживают частицы темной материи, его результаты должны быть проверены независимым анализом других исследователей. Даже после подтверждения ученые захотят получить дополнительные доказательства того, что галообразное излучение действительно является результатом аннигиляции темной материи, а не происходит от других астрономических явлений.

Дополнительные доказательства столкновений WIMP в других местах, где может наблюдаться высокая концентрация темной материи, подкрепили бы эти предварительные результаты. Например, обнаружение гамма-излучения такой же энергии в карликовых галактиках, как в гало Млечного Пути, подтвердило бы анализ Тотани.

«Это можно будет сделать после накопления большего количества данных, и если это произойдет, то это предоставит еще более убедительные доказательства того, что гамма-лучи происходят от темной материи», — сказал Тотани.

NASA может потерять еще один космический телескоп

Совсем недавно мы сообщали о том, что время работы телескопа «Кеплер» подходит к своему завершению – у аппарата осталось всего несколько месяцев до того, как его топливные баки будут полностью опустошены. Теперь же американское аэрокосмическое агентство NASA сообщило о проблемах с орбитальной обсерваторией «Ферми». У космического телескопа заклинил один из двигателей, управляющий положением одной из его солнечных панелей. «16 марта этого года обсерватория «Ферми» зафиксировала неполадки в работе двигателя одного из блоков ее солнечных панелей. В результате этого зонд перешел в безопасный режим и отключил все инструменты. Сейчас специалисты NASA пытаются раскрыть причину неполадки и рассматривают возможность продолжать наблюдения, используя заклинившую панель», — со ссылкой на инженерную команду NASA сообщил известный астроном Джонатан Макдауэлл.

Напомним, что вывод телескопа «Ферми» на орбиту состоялся 11 июня 2008 года. Изначально проект носил название GLAST, однако в августе того же года был переименован в честь физика Энрико Ферми, участвовавшего в Манхэттенском проекте, а также являвшегося основоположником физики высоких энергий. Космический аппарат оборудован двумя основными инструментами – телескопом LAT, предназначенным для обзора неба в гамма-диапазоне, а также детектором гамма-вспышек GBM.

За десять лет своей работы телескоп успел обнаружить тысячи новых гамма-всплесков, гигантских черных дыр и прочих объектов, излучающих свет самых высоких энергий, в том числе и след от слияния двух пульсаров, открытый гравитационной обсерваторией LIGO в августе прошлого года.

Инженеры NASA отмечают, что проблемы с двигателями солнечных батарей аппарата могут серьезно ограничить его функциональность и эффективность. Если их работу не удастся восстановить, то это вообще может поставить крест на дальнейшей научно-исследовательской работе телескопа. Дело в том, что аппарат вращается на довольно низкой круговой орбите вокруг Земли. В случае, если батареи аппарата потеряют способность менять свое положение, то в некоторых местах орбиты он будет получать крайне мало солнечной энергии.

Команда, работающая с «Ферми», пока не может понять, что именно вызвало поломку двигателя солнечной панели. Есть предположение, что сбой связан не с механической, а электронной природой. Если это действительно так, то инженеры, скорее всего, смогут восстановить работоспособность телескопа. В таком случае будет рассматриваться возможность по уменьшению энергопотребления для возобновления научной части миссии, но для начала необходимо понять точную причину поломки.

Астрономы обнаружили шесть новых миллисекундных пульсаров

Космический гамма-телескоп НАСА «Ферми» вновь доказал, что является непревзойденным инструментом для поиска вращающихся нейтронных звезд, испускающих потоки электромагнитного излучения, которые называют пульсарами. Команда астрономов под руководством Г. Фэнкфул Кромарти из Вирджинского университета, США, в новом исследовании наблюдала при помощи 305-метрового радиотелескопа обсерватории «Аресибо» неидентифицированные гамма-источники, впервые открытые ранее при помощи инструмента Large Area Telescope (LAT) космической обсерватории «Ферми». Как выяснилось, шесть из этих объектов, открытых при помощи телескопа LAT, являются стремительно вращающимися нейтронными звездами, периоды собственного вращения которых составляют несколько тысячных долей секунды, известными как миллисекундные пульсары (millisecond pulsars, MSPs).

Наблюдения при помощи обсерватории «Аресибо» были произведены с июня по сентябрь 2013 г. Высокая чувствительность этого телескопа и большое увеличение сделали его очень эффективным инструментом для поиска миллисекундных пульсаров. Благодаря обсерватории «Аресибо», исследователи смогли обнаружить шесть MSP с периодами вращения между 1,99 и 4,66 миллисекунды.

Один из этих вновь обнаруженных пульсаров является типичной нейтронной звездой, составляющей двойную систему вместе с белым карликом, вокруг которого вращение нейтронной звезды происходит с периодом 83 дня. Согласно исследованию другие обнаруженные MSP входят в состав взаимодействующих компактных двойных систем с орбитальными периодами менее восьми часов.

Три из этих открытых пульсаров были классифицированы как «черные вдовы», а два – как «красноспинники», в то время как последняя, шестая система является классической двойной системой нейтронная звезда-белый карлик. «Черными вдовами» называют нейтронные звезды, в которых почти вся масса системы заключена в пульсаре, в то время как масса звезды-компаньона составляет менее 0,1 массы Солнца. Неофициальный термин «красноспинники», напротив, используется для обозначения систем, в которых пульсации нейтронной звезды периодически затмеваются потоками материи, перетекающей со звезды-компаньона, масса которой составляет свыше 0,1 массы Солнца.