Майже століття вчені припускали існування темної матерії — невидимої речовини, яка становить близько 85% маси Всесвіту. Тепер дослідження під керівництвом Томонорі Тотані з Токійського університету пропонує перше пряме спостереження його присутності за допомогою космічного гамма-телескопа NASA Fermi. Цей прорив може революціонізувати наше розуміння як астрофізики, так і фізики елементарних частинок.
Довге полювання за невидимою матерією
Концепція темної матерії виникла в результаті спостережень у 1930-х роках. Астроном Фріц Цвікі помітив, що галактики в скупченні Кома рухаються надто швидко, щоб залишатися зв’язаними лише їхньою видимою масою. Пізніше робота Віри Рубін у 1970-х роках показала, що зірки на краях спіральних галактик обертаються з несподівано високою швидкістю, що додатково свідчить про існування невидимої маси, яка впливає на їхній рух. Ці відкриття привели до висновку, що галактики вбудовані у великі невидимі гало темної матерії, які виходять далеко за межі видимих структур, які ми спостерігаємо.
Чому це важливо?
Склад Всесвіту різко незбалансований: лише близько 15% його речовини становить «звичайна» матерія, з якою ми взаємодіємо щодня (зірки, планети, люди). Решта 85% – темна матерія, яка за визначенням не взаємодіє зі світлом. Це робить його невидимим для телескопів — досі. Виявлення потенційного сигналу заповнило б величезну прогалину в нашому розумінні космосу.
Гамма-підпис підтверджено
Команда Тотані направила телескоп Fermi на центр Чумацького Шляху, де, як очікується, буде зосереджена темна матерія. Вони виявили унікальне гамма-випромінювання з енергією 20 гігаелектронвольт, яке поширювалося у вигляді гало, що відповідає теоретичним моделям розподілу темної матерії.
Енергетичний підпис відповідає прогнозам щодо слабко взаємодіючих масивних частинок (WIMP), гіпотетичних кандидатів у темну матерію, які анігілюють під час зіткнення, вивільняючи гамма-промені. Тотані стверджує, що жодне інше відоме астрономічне явище не може легко пояснити спостережуваний сигнал. Якщо це підтвердиться, це буде перший раз, коли людство безпосередньо «побачило» темну матерію, що означає існування нової частинки за межами поточної Стандартної моделі фізики елементарних частинок.
Що далі?
Хоча результати багатообіцяючі, науковому співтовариству потрібна подальша перевірка. Необхідно більше даних, щоб виключити інші можливі пояснення та посилити докази. Тотані очікує, що подальші спостереження або посилять виявлення темної матерії, або відкриють альтернативні інтерпретації. Дослідження, опубліковане в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, знаменує собою важливий крок у розкритті однієї з найбільших таємниць Всесвіту.
Підтвердження цього сигналу не тільки покладе край довготривалим пошукам астрофізики, але й відкриє нові можливості для вивчення фундаментальної природи матерії та енергії у Всесвіті.
