Существованием темной материи астрофизики объясняют наблюдаемый избыток массы в галактиках — тяготение этой массы раскручивает края галактических дисков. По наиболее распространенным сегодня взглядам, темная материя состоит из т.н. слабовзаимодействующих массивных частиц (weakly interacting massive particles, WIMP), которые, соответственно, участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействии (т.е. имеют массу). Однако пока никаких вимпов никто не обнаружил. Между тем, даже если они невидимы, такие следы должны возникать — например, при аннигиляции или распаде частиц темной материи. Если эти частицы имеют заметную массу, при распаде должны образоваться фотоны и позитроны высоких энергий.
Среди множества детекторов, которые могли бы обнаружить такие следы вимпов, — гамма-телескоп Dark Matter Particle Explorer («исследователь частиц темной материи», DAMPE), в данных которого несколько лет назад был обнаружен намек на избыток частиц с энергией в районе одного тераэлектронвольта.
Читайте также: Весь спектр темных материй. Гид «Чердака» по гипотезам астрофизиков о природе неуловимой массы наблюдаемых галактик
Авторы новой работы, препринт которой опубликован на сайте arXiv.org, изучили избыток гамма-излучения с энергией около тераэлектронвольта в данных DAMPE и установили, что он плохо сочетается с известными научными данными о гамма-фоне нашей Галактики в целом. Если вимпы действительно существуют и распадаются, то при этом действительно должны образовываться пары электронов и позитронов, а те, в свою очередь, — аннигилировать с испусканием гамма-фотонов. Проблема, однако, в том, что сходные пары электронов и позитронов образуются и при некоторых других процессах, которые уже известны астрофизикам и никак не связаны с темной материей.
Исследователи отмечают, что если бы избыток электронов, регистрируемых DAMPE в тех или иных районах нашей Галактики, действительно был бы вызван распадом темной материи, то в тех же секторах было бы столь же много и гамма-фотонов высоких энергий, потому-то при распаде частиц темной материи должны образовываться не только электроны, но и позитроны, а при их аннигиляции выделяются именно гамма-фотоны. Однако данные других гамма-телескопов показывают совсем иную картину: избыток электронов, обнаруженный Dark Matter Particle Explorer, приходится на те участки неба, где нет избытка гамма-фотонов.
Все это означает, что источником электронов высоких энергий являются астрофизические процессы, не связанные с WIMP. Как ранее уже отмечал «Чердак», в последние годы модель с вимпами подвергается все более интенсивной критике — их следов не удается обнаружить не только в космосе, но и на Большом адронном коллайдере. В частности, некоторые ученые предполагают, что неплохой альтернативой «частицевой» гипотезе (среди которых не только WIMP, но и, например, аксионы) могут быть черные дыры массой в десятки солнечных — те, которые регистрирует гравитационная обсерватория LIGO.
Иван Ортега