Гамма-лучи - самый яркий, самый мощный свет во вселенной - проплывают по небу невидимым для человеческого глаза. Эти исключительно энергичные вспышки излучения вспыхивают при взрывах сверхновых, вспыхивают от сталкивающихся нейтронных звезд и извергаются из самых голодных черных дыр.
Когда астрономы могут поймать их с помощью гамма-телескопов, эти невидимые фейерверки указывают на некоторые из самых взрывоопасных структур Вселенной. Теперь международная команда исследователей надеется, что эти всесильные лучи могут также привести к чему-то гораздо более странному и неуловимому - невидимому веществу, известному как темная материя.
В новом исследовании, которое было принято к публикации в журнале Physical Review Letters и подробно описано в базе данных препринтов arXiv, исследователи рассмотрели то, что они называют «неразрешенным фоном гамма-излучения», то есть все слабое и таинственное гамма-излучение. сигналы, которые остаются после известных источников, таких как черные дыры и сверхновые, учитываются. Когда команда сравнила карту неразрешенных гамма-лучей с картой плотности вещества в той же части Вселенной, они обнаружили, что лучи точно совмещены с гравитационно-массивными областями, где, по прогнозам, скрывается темная материя.
По словам соавтора исследования Дэниела Грюна, эта корреляция предполагает, что темная материя может быть в значительной степени ответственна за слабый гамма-фон Вселенной. Если это так, это может дать астрономам некоторые важные подсказки о свойствах таинственного вещества.
«Темная материя может распадаться, как радиоактивное ядро, производя гамма-лучи», - сказал в прямом эфире «Наука» Грюн, астрофизик из Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете в Калифорнии. «Или, возможно, несколько частиц темной материи сталкиваются, производя гамма-лучи при взаимодействии».
Рябь в темноте
Считается, что темная материя составляет около 85% массы вселенной, хотя исследователи до сих пор не уверены, что и где она находится. Абсолютно невидимый для современных научных инструментов, материал никогда не был успешно обнаружен.
«Мы знаем некоторые свойства темной материи», - сказал Грюн. «Мы знаем, что это очень распространено, и мы знаем, что у него есть масса, которая гравитационно взаимодействует с другой массой».
Другими словами, хотя темная материя невидима, она оказывает видимое влияние на вселенную благодаря своей мощной гравитации. Одно из таких воздействий известно как гравитационное линзирование - по сути, то, как свет от далеких галактик искажается силой тяжести массивных объектов, которые он проходит на своем пути к Земле.
Для нового исследования исследователи изучили карту гравитационного линзирования в конкретном фрагменте вселенной, составленную в рамках проекта, называемого «Обзор темной энергии» (DES). Установленная на гигантском телескопе в Чили, специальная камера исследования в течение года снимала изображения сотен миллионов галактик в высоком разрешении, сосредотачиваясь на том, где дальний свет наиболее искажен очагами интенсивной гравитации. В то время как некоторые из самых массивных областей на получившейся карте соответствуют известным галактикам, другие здоровенные карманы, вероятно, показывают скрытое влияние темной материи на работу, сказал Грюн.
Чтобы лучше понять, как это влияние может выглядеть, исследователи сравнили эту карту масс с картой гамма-излучений, обнаруженных в том же регионе гамма-телескопом Ферми НАСА за последние девять лет. Используя математическую модель, команда удалила все излучение, которое могло быть окончательно привязано к «мирским» источникам, таким как черные дыры и сверхновые, на основе их энергии, расстояния и различных других факторов.
Теперь, оставшись только с таинственными «неразрешенными» источниками гамма-излучения, команда сравнила обе карты. Они видели четкое перекрытие между областями с высоким гамма-излучением и областями с большой массой.
«Это первое исследование, в котором мы были уверены, что там, где много гамма-лучей, много темной материи», - сказал Грюн.
Если темная материя действительно испускает гамма-лучи, это могло бы серьезно сузить, как она обнаружена и из чего она фактически сделана. Однако все еще возможно, что слабый гамма-фон на карте Ферми не имеет ничего общего с темной материей, сказал Грюн. Математическая модель, которую исследователи использовали для отсеивания этих «мирских» источников гамма-излучения (например, черных дыр), основана на некоторых предположениях о свойствах этих объектов. Если эти предположения неверны, то отдаленные черные дыры могут быть ответственны за гораздо больше таинственного фона гамма-излучения, чем исследователи рассчитывали.
«Возможно, эта модель неполна, и, возможно, мы действительно узнаем что-то об этих черных дырах, испускающих гамма-излучение», - сказал Грюн. «Возможно, эти черные дыры живут в более массивных галактиках, чем мы думали».
Больше данных о гамма-лучах и гравитационном линзировании поможет команде отточить свою модель и лучше интерпретировать свои карты вселенной. После завершения исследования DES собрала в шесть раз больше информации о распределении массы во Вселенной, и спутник FERMI остается одним из многих телескопов, отслеживающих гамма-взрывы. По словам Грюена, в последующие несколько лет должно последовать исследование, показывающее еще более четкие результаты.
