Тёмная материя в центре Млечного Пути: новая гипотеза объясняет загадочную ионизацию газа

11.03.2025 09:51:00 | iXBT.com

Процессы в сердце Млечного Пути могут стать ключом к обнаружению ранее неизученной формы тёмной материи. Международная группа учёных выдвинула гипотезу, согласно которой загадочная «субстанция», составляющая 85% массы Вселенной, проявляет себя не через гравитацию, а через химическое воздействие на межзвёздный газ.

Речь идёт о частицах тёмной материи, которые легче протона, способны к самоуничтожению и оставляют следы в виде ионизированного газа в Центральной Молекулярной Зоне (ЦМЗ) галактики.

Новый кандидат, в отличие от традиционных «подозреваемых» вроде аксионов или вимпов (слабовзаимодействующих массивных частиц), обладает массой менее 1 млрд электронвольт (суб-ГэВ) и аннигилирует при столкновении, порождая электрон-позитронные пары. Эти частицы, в свою очередь, ионизируют нейтральные атомы водорода, лишая их электронов. Именно этот процесс может объяснить аномально высокий уровень ионизации в ЦМЗ — регионе с экстремальной плотностью газа, где, как предполагается, сосредоточены значительные запасы тёмной материи.

«Обычные космические лучи, которые считались основным источником ионизации, недостаточно мощны, чтобы объяснить наблюдаемые данные, — заявил Шьям Баладжи, ведущий автор исследования из Королевского колледжа Лондона. — Если наша модель верна, то тёмная материя проявляет себя не через гравитацию, а через химические изменения в газе, что радикально меняет подход к её поискам».

Источник: NASA / JPL-Caltech, CC BY-NC

Критическим аргументом в пользу гипотезы стало отсутствие ожидаемого гамма-излучения, которое должно сопровождать ионизацию космическими лучами. Кроме того, позитроны, образующиеся при аннигиляции тёмной материи, не успевают покинуть плотные облака ЦМЗ, сталкиваясь с молекулами водорода и усиливая ионизацию. Это создаёт уникальную «подпись», которую нельзя списать на известные астрофизические процессы.

Интригу добавляет слабое рентгеновское свечение ЦМЗ, которое может быть связано с распадом позитрония — короткоживущей системы из электрона и позитрона. «Совпадение расчётов с наблюдаемыми данными по ионизации и рентгеновскому излучению оказалось поразительным, — отметил Баладжи. — Обычно модели тёмной материи предсказывают сигналы, противоречащие экспериментам, но здесь всё согласуется с ограничениями по гамма-излучению и реликтовому фону».

Однако учёные подчёркивают, что гипотеза находится на ранней стадии. Чтобы подтвердить её, необходимы точные карты распределения ионизированного газа в ЦМЗ, которые должны выявить соответствие с предполагаемым распределением тёмной материи. Важную роль здесь сыграет гамма-телескоп COSI (Compton Spectrometer and Imager), запуск которого запланирован NASA на 2027 год. Он сможет регистрировать процессы в диапазоне МэВ, что позволит проверить связь между аннигиляцией частиц и наблюдаемыми сигналами.

Пока же новый кандидат даже не получил звучного названия вроде «вимп», оставаясь абстрактной, но многообещающей моделью. Если теория подтвердится, это откроет новый метод изучения тёмной материи — не через её гравитационные эффекты, а через химическую «летопись», записанную в структуре галактик.

Подробнее