Темная материя вдруг засияла?

Как утверждают физики-теоретики из Национальной лаборатории Ферми — Дэн Хупер и Тим Линден, — темная материя в центре нашей Галактики активно аннигилирует. Этим, по мнению ученых, объясняются явления, зафиксированные космическими телескопами "Ферми" и WMAP: мощный поток гамма-лучей, идущий из центра Галактики, и туманное сияние вокруг него.

Темной материей в астрономии и космологии называют гипотетическую форму материи, которая составляет около 80 процентов массы Вселенной. Она не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Поэтому ее невозможно наблюдать. Но присутствие темной материи можно обнаружить по создаваемым ею гравитационным эффектам. Если когда-нибудь темная материя будет найдена, это поможет решить проблему скрытой массы и позволит объяснить, например, феномен аномально быстрого вращения внешних областей галактик.

Как полагают исследователи, темная материя состоит из так называемых вимпов. Термин "вимп" (от английского WIMP — Weakly Interacting Massive Particle) фактически переводится как "слабовзаимодействующая массивная частица". В основном он используется только специалистами. Предполагается, что из четырех физических фундаментальных взаимодействий для вимпов характерны только слабое ядерное и гравитационное. Поэтому реликтовые вимпы (то есть появившиеся вскоре после Большого взрыва) очень сложно обнаружить экспериментальным путем. Масса вимпов как минимум в десятки раз превосходит массу протона. При этом их движение должно быть хаотическим, средняя скорость в районе Солнца должна составлять около 300 километров в секунду…

Есть также предположение, что именно вимпы порождают такой вид свечения в нашей Галактике, как сферическое гало. Идеальные кандидаты на роль вимпов — легчайшие суперсимметричные частицы (нейтралино).

Встретившись друг с другом, вимпы, по идее, должны аннигилировать, считают Линден и Хупер. В результате процесса аннигиляции — превращения частиц в античастицы — вимпы трансформируются в фотоны. Именно они и порождают излучение, которое "поймал" телескоп "Ферми".

Кроме того, процесс сопровождается испусканием большого числа электронов и позитронов, которые, взаимодействуя с магнитным полем Галактики, тоже начинают излучать. Смоделировав процесс формирования этого излучения на компьютере, ученые обнаружили, что его спектр практически совпадает с туманным "облаком", окутывающим галактический центр.

Надо сказать, что гипотеза, выдвинутая Хупером и Линденом, отнюдь не была принята их коллегами на ура. Дело в том, что центр Галактики пока еще недостаточно изучен, как и галактическое магнитное поле, поэтому сложно судить о том, каким образом аннигиляция темной материи может воздействовать на происходящие там процессы. Пресловутые вимпы, на допуске существования которых построена теория Хупера — Линдена, тоже стали предметом ожесточенной дискуссии. В частности, у физиков вызывает сомнения их предполагаемая масса — семь гигаэлектронвольт, которую Хупер и Линден использовали при расчетах.

К тому же, недавний проект XENON100 потерпел неудачу. Предполагалось, что в ходе эксперимента атомы ксенона должны вступить во взаимодействие с вимпами (если те действительно существуют). Однако никаких доказательств этого организаторы исследования так и не зафиксировали.

Тем не менее, Линден и Хупер не отступаются от своих предположений. Как заявил Хупер, свойства атомов ксенона таковы, что следы взаимодействия вимпов с его ядрами просто-напросто невозможно обнаружить современными средствами.

Есть шанс зафиксировать их при помощи ядерных детекторов, хорошо защищенных от внешних помех. Достичь этого можно, например, разместив детектор глубоко под землей, сделав его недосягаемым для космического излучения. Хотя это все-таки не единственная возможность. Если предположить, что небольшое количество вимпов остается в гравитационном поле Солнца, постепенно создавая концентрацию, достаточную для того, чтобы начать аннигилировать друг с другом, то этот процесс может породить высокоэнергичные нейтрино, которые беспрепятственно покинут центр Солнца и могут быть зарегистрированы наземным детектором. Точно так же можно "вычислить" захваченные гравитацией вимпы, аннигилирующие в центре Земли или в ядре Галактики.

Хупер и Линден полагают, что косвенных аргументов в пользу существования вимпов уже предостаточно и рано или поздно выдвинутая ими гипотеза будет подтверждена.

Ирина Шлионская