26.02.2014 | Наука

Астрофизики увидели следы частиц темной материи в плотных скоплениях галактик

Тёмная материя, составляющая львиную долю Вселенной — 26,8% по сравнению с 4,9% обычной видимой материи, нечасто взаимодействует с обычным веществом.

Наблюдения показывают, что тёмная материя имеет гравитационное воздействие на обычную, однако в силу того, что первая не участвует в электромагнитном взаимодействии, её невозможно увидеть или обнаружить при помощи обычных приборов.

Физики в последнее время склоняются к тому варианту, что тёмная материя состоит из прежде невиданных частиц вимпов — WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), что дословно переводится как "слабо взаимодействующие массивные частицы". Согласно расчётам и наблюдениям, частицы тёмной материи действительно должны быть довольно массивными, однако ловля вимпов самыми современными детекторами, такими как LUX (Большой подземный ксеноновый детектор) или CDMS (Криогенный поиск тёмной материи), не увенчалась успехом.

Возможно, детекторы не слишком чувствительны к неуловимому веществу, а быть может, искать нужно и вовсе не вимпы. Существуют сторонники теории того, что тёмная материя состоит из уже известных нам нейтрино. По всем своим свойствам, кроме разве что массы, нейтрино подходят под описание частиц тёмной материи: они долговечны, то есть долго не распадаются на другие частицы, и практически не взаимодействуют с обычной материей.

Что касается массы нейтрино, то все три известных нам типа — электронное, мюонное и даже тау-нейтрино — слишком малы, чтобы составлять тёмную материю. Поэтому физики подумали, что здесь могут играть роль частицы четвёртого типа, так называемые стерильные нейтрино (sterile neutrinos), масса которых может составлять до 10 килоэлектронвольт.

По вышеупомянутым причинам напрямую обнаружить стерильные нейтрино невозможно, поэтому нужно искать продукты их распада — рентгеновские фотоны и обычные нейтрино. Поскольку наиболее часто клочки тёмной материи встречаются в массивных скоплениях галактик, то астрофизики решили поискать заветные частицы именно там.

Две независимые группы учёных из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в США и Лейденского университета в Нидерландах подняли архивные данные рентгеновских телескопов, наблюдавших за "густонаселёнными" кластерами. Эсра Бюльбюль (Esra Bulbul) из первой исследовательской группы вместе со своими коллегами просмотрела снимки 73 галактических скоплений, сделанные рентгеновскими телескопами Европейского космического агентства XMM-Newton и NASA Chandra.

Другая команда более тщательно исследовала узкий срез: Алексей Боярский (Alexey Boyarsky) и его команда из Лейденского университета проверяли данные телескопа XMM-Newton для изучения следов присутствия тёмной материи в Скоплении Персея и близлежащих галактиках Андромеды. Отчёт об исследовании нидерландских физиков пока что опубликован на сайте препринтов arXiv.org, однако скоро появится и в рецензируемом журнале.

Обе команды пришли к аналогичным результатам: они заметили рентгеновское излучение при энергиях около 3,5 килоэлектронвольт, а это может соответствовать распаду стерильных нейтрино с массой около 7 килоэлектронвольт. Самое интересное, что нет никаких других объяснений такому рентгеновскому излучению: помехи телескопов и присутствие других источников учёные полностью исключили.

"Мы тщательно протестировали каждое из возможных объяснений и отсекли все возможные версии. Остаётся лишь одно объяснение, самое захватывающее — что мы действительно увидели продукт распада стерильных нейтрино", — рассказывает Бюльбюль, чью статью можно также почитать на сайте препринтов arXiv.org.

Отметим, что поиском стерильных нейтрино учёные занимались уже не раз, однако всегда находились какие-либо опровержения. Коллеги Бюльбюль и Боярского, не принимавшие участия в работе ни в одной из этих двух команд, советуют астрофизикам перепроверить свои наблюдения на другие объектах, где наблюдается гравитационная тяга, производимая тёмной материей. Скорее всего, в ближайшее время аналогичный анализ будет проводиться на карликовых галактиках, и тогда уже можно будет точнее определить, существуют ли стерильные нейтрино и причастны ли они к образованию тёмной материи.

По публикациям UkrNet