В начале 1930-х годов швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что галактики в космосе движутся слишком быстро, чтобы их удерживала вместе видимая масса. Он предположил существование некоего невидимого «каркаса» — тёмной материи. Спустя почти столетие, данные с гамма-телескопа Fermi могут подтвердить эту гипотезу.
Тёмная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением: не поглощает, не отражает и не излучает свет, поэтому её нельзя наблюдать напрямую. До сих пор учёные могли изучать её лишь косвенно, по гравитационному воздействию на видимую материю. Многие учёные предполагают, что тёмная материя состоит из так называемых слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMPs). Эти частицы тяжелее протонов, но очень слабо взаимодействуют с обычной материей. Теоретически, при столкновении двух WIMP-частиц они должны аннигилировать, высвобождая другие частицы, в том числе гамма-фотоны — частицы света с очень высокой энергией.
Астроном Томонори Тотани (Tomonori Totani) из Токийского университета, используя данные телескопа Fermi, заявил об обнаружении гамма-лучей, соответствующих предсказаниям об аннигиляции WIMP-частиц.
«Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт (ГэВ), исходящие из области, напоминающей гало, в направлении центра нашей галактики. Характер излучения гамма-лучей очень хорошо соответствует форме, ожидаемой от гало тёмной материи», – сообщил Тотани.
Наблюдаемый энергетический спектр – распределение интенсивности гамма-излучения по энергиям, соответствует спектру, предсказанному для аннигиляции гипотетических WIMP-частиц с массой примерно в 500 раз больше массы протона. Частота аннигиляции, оценённая по измеренной интенсивности гамма-лучей, также находится в пределах теоретических предсказаний. В этом наблюдении важно, что эти данные трудно объяснить другими известными астрономическими явлениями или источниками гамма-излучения.
Тотани считает эти данные веским указанием на наличие гамма-излучения от тёмной материи, поиски которого велись много лет. «Если вывод подтвердится, то, насколько мне известно, это будет первый случай, когда человечество "увидело" тёмную материю. И окажется, что тёмная материя — это новая частица, не включённая в современную стандартную модель физики элементарных частиц. Это станет важным событием в астрономии и физике», – заявил Тотани.
Несмотря на уверенность Тотани, его результаты нуждаются в независимой проверке другими учёными. Даже после подтверждения потребуется доказательство того, что излучение действительно является результатом аннигиляции тёмной материи, а не исходит от другого астрономического явления.
Дополнительным подтверждением стало бы обнаружение гамма-излучения той же энергии из других регионов с высокой концентрацией тёмной материи, например, из карликовых галактик в гало Млечного Пути. Тотани надеется, что дальнейший сбор данных позволит получить более убедительные доказательства существования тёмной материи.