Телескопы нового поколения приблизили астрономов к разгадке тёмной материи10.06.2026 21:45

Одна из главных загадок современной физики связана с веществом, которое невозможно увидеть напрямую. По оценкам физиков, около 85% всей материи во Вселенной приходится на тёмную материю — форму вещества, которая не испускает свет и не взаимодействует с ним как обычные атомы. О её существовании судят только по гравитационному воздействию на галактики и другие космические структуры.

Наблюдения показывают, что галактики вращаются слишком быстро для своей видимой массы, а свет отдалённых объектов отклоняется сильнее, чем показывают модели. Кроме того, галактики внутри скоплений движутся с необычно высокими скоростями. Все эти данные указывают на присутствие большого количества невидимой материи.

Согласно современным представлениям, тёмная материя состоит не из пока что не зарегистрированных частиц нового типа. Её роль при этом выходит далеко за рамки физики элементарных частиц. После Большого взрыва именно тёмная материя, как считается, создала своеобразный гравитационный каркас, вокруг которого начали формироваться первые звёзды и галактики. Сегодня она продолжает удерживать галактики от разрушения.

Поскольку тёмная материя не излучает свет, астрономы пытаются обнаружить её косвенно. Один из наиболее перспективных методов основан на поиске гамма-излучения, которое может возникать при взаимном уничтожении частиц тёмной материи (аннигиляции). Аналогичный принцип используется в медицинской позитронно-эмиссионной томографии, где регистрируется излучение, возникающее при столкновении позитронов с электронами.

Поиск подобных сигналов уже много лет ведётся с помощью космического гамма-телескопа Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA). С 2008 года аппарат наблюдает самые энергичные формы излучения во Вселенной.

Одним из наиболее интригующих результатов Fermi-LAT стало обнаружение необъяснимого избытка гамма-излучения в центре Млечного Пути. Теоретические модели и гравитационные наблюдения указывают, что именно эта область должна содержать особенно большое количество тёмной материи. Однако существует серьёзная проблема: центр нашей галактики насыщен и обычными источниками гамма-излучения, например быстро вращающимися нейтронными звёздами. Поэтому пока что невозможно однозначно определить происхождение наблюдаемого сигнала.

Чтобы исключить влияние подобных источников, астрофизики изучают карликовые галактики — небольшие спутники Млечного Пути, в которых много тёмной материи и сравнительно мало объектов, способных создавать гамма-излучение. Такие системы считаются более «чистыми лабораториями» для поиска следов тёмной материи.

В марте 2024 года группа учёных из Университета Клемсона (Clemson University) сообщила о признаках сигнала в данных по карликовым галактикам.

Позже, используя обновлённые наблюдения Fermi-LAT, расширенный каталог таких галактик и новые оценки содержания в них тёмной материи, авторы вновь обнаружили избыток гамма-излучения. Более того, по мере накопления данных статистическая значимость этого эффекта продолжает расти.

Пока что этих результатов недостаточно, чтобы объявить об обнаружении тёмной материи с результатом в пять сигма. Однако характеристики сигнала хорошо согласуются с параметрами излучения, наблюдаемого в центре Млечного Пути. Если оба явления имеют одну и ту же природу, то аргументы в пользу существования аннигилирующей тёмной материи существенно усилятся.

Следующий этап исследований связан с новыми инструментами. Продолжение работы Fermi-LAT позволит повысить чувствительность наблюдений, а обсерватория имени Веры Рубин в Чили (Vera C. Rubin Observatory) должна обнаружить новые карликовые галактики, пригодные для анализа.

Важную роль также отводят миссии Compton Spectrometer and Imager (COSI), запуск которой NASA планирует на 2027 год. Аппарат будет изучать гамма-излучение и сможет детально исследовать ещё одну давнюю загадку Млечного Пути — мощное излучение, возникающее при аннигиляции электронов и позитронов в центральной области галактики. Несмотря на то что этот сигнал известен более полувека, его источник до сих пор остаётся неизвестным.

Если будущие наблюдения подтвердят связь между этими источниками гамма-излучения и тёмной материей, физика получит первое прямое указание на природу вещества, которое составляет большую часть массы Вселенной.

©  iXBT