Новое исследование, проведенное международной группой ученых под руководством Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP), предполагает, что избыток гамма-излучения, наблюдаемый в центре Млечного Пути с помощью космического телескопа Fermi Gamma-Ray Space Telescope НАСА, может быть вызван темной материей.
Анализируя высокоразрешающие симуляции галактик, похожих на нашу, исследователи обнаружили, что темная материя распределена не сферически, как считалось ранее, а имеет плоскую и неровную форму, похожую на форму звезд в центре галактики. Такая структура позволяет частицам темной материи аннигилировать друг с другом, производя именно те гамма-лучи, которые измеряет космический телескоп Fermi.
Ученые давно пытаются понять, что вызывает избыток гамма-излучения в центре Млечного Пути. Существует две основные гипотезы: излучение миллисекундных пульсаров, то есть очень старых и быстрых нейтронных звезд, или аннигиляция частиц темной материи. Однако до сих пор распределение наблюдаемого гамма-излучения не казалось совместимым с распределением, предсказанным для темной материи.
Новое исследование меняет эту картину: моделирование показывает, что темная материя, по-видимому, распределена неравномерно, так же как и гамма-излучение. Это укрепляет гипотезу об аннигиляции и открывает новые возможности для объяснения происхождения этого сигнала.
Моделирования, проведенные командой AIP в сотрудничестве с Еврейским университетом в Иерусалиме (Израиль) и Университетом Джонса Хопкинса (США), исследовали выборку галактик, аналогичных Млечному Пути, которые развивались в условиях, схожих с условиями нашего космического соседства.
Авторы проанализировали распределение темной материи в галактическом выпуклости и внутреннем диске и обнаружили, что ее форма не является простой концентрической сферой относительно галактического центра. Вместо этого она принимает более уплощенную конфигурацию с небольшим удлинением, сформированную звездной динамикой и распределением баронской материи (то есть звезд и газа) галактики.
Это означает, что частицы темной материи не распределены равномерно во всех направлениях, а частично повторяют форму галактики. По словам Мурица Муру, главного автора исследования, «сплющенность области достаточна, чтобы объяснить избыток гамма-излучения как результат самоаннигиляции темной материи».
Это открытие важно, потому что показывает, что форма темной материи, по-видимому, соответствует форме наблюдаемого излучения. Это устранило бы проблему, которая до сих пор разделяла теорию и данные: больше не нужно было бы предполагать альтернативные источники или аномальные профили, если темная материя действительно имеет «правильную форму».
Внутри галактики эта новая модель требует, чтобы темная материя была достаточно плотной в выпуклости и внутреннем диске, чтобы обеспечить частые аннигиляции. Следовательно, стратегии поиска темной материи и анализа гамма-карт также должны измениться, отказавшись от идеи идеально сферического распределения.
Избыточное излучение гамма-лучей в центре галактики долгое время интерпретировалось как возможный индикатор наличия древних миллисекундных пульсаров — компактных объектов, вращающихся с очень высокой скоростью и испускающих постоянные потоки энергии.
Эти объекты, если они присутствуют в большом количестве вблизи центра галактики, теоретически могли бы объяснить пространственное распределение излучения. Однако до сих пор не было точного соответствия между наблюдаемым профилем и профилем, ожидаемым для популяции миллисекундных пульсаров.
С этой новой моделью распределения гипотеза самоаннигиляции темной материи вновь становится приемлемым объяснением. Другая гипотеза, касающаяся пульсаров, все же не исключена, поскольку возможно, что несколько источников вносят вклад в сигнал.
Для подтверждения этого результата потребуются дополнительные исследования, но это открытие может иметь последствия и для будущих наблюдений. Если темная материя распределена несимметрично, телескопы высокой энергии должны будут искать сигналы не только в центре галактики, но и в более обширных и нерегулярных областях.