Тёмную материю искали везде. Нашли в Млечном Пути. В других галактиках — тишина. Учёные поняли: она не одна, их две

Иногда в науке важен не только найденный сигнал, но и его отсутствие. Именно на этой идее строится новая работа, в которой пересматривают привычный подход к поиску тёмной материи. Исследователи предлагают не считать отсутствие подтверждений в разных космических объектах автоматическим опровержением гипотезы. Картина может оказаться сложнее: один и тот же эффект вовсе не обязан проявляться одинаково во всех галактиках.

Тёмная материя остаётся одной из самых упрямых загадок современной космологии. О её существовании говорят косвенные признаки — гравитация, влияющая на движение звёзд и галактик. Но напрямую зафиксировать её пока не удалось. Поэтому учёные десятилетиями ищут хоть какие–то следы взаимодействия, которые можно было бы зарегистрировать приборами. Один из таких кандидатов – гамма–излучение, возникающее при аннигиляции частиц тёмной материи, если она действительно состоит из частиц.

В центре Млечного Пути уже давно наблюдают избыток гамма–квантов. Космический телескоп Fermi фиксирует повышенный поток излучения из области вокруг галактического диска. Один из вариантов объяснения – столкновения частиц тёмной материи, при которых они уничтожают друг друга и испускают высокоэнергетическое излучение. Но есть и более приземлённая версия: тот же сигнал могут давать обычные астрофизические источники, например скопления пульсаров.

Чтобы разобраться, учёные обычно смотрят на другие объекты. Логика простая: если гипотеза верна, похожий сигнал должен появляться и в других галактиках, особенно там, где много тёмной материи. В этом смысле карликовые галактики выглядят почти идеальной лабораторией. Они небольшие, тусклые, в них мало обычного излучения и звёзд, зато доля тёмной материи там очень высокая. Любой «чистый» сигнал там заметить проще.

Проблема в том, что в карликовых галактиках такого гамма–излучения пока не видно. В рамках привычных моделей это выглядит как серьёзное возражение. Если частицы аннигилируют с постоянной вероятностью, сигнал должен проявляться везде, где есть тёмная материя. Если же вероятность зависит от скорости частиц, то при их медленном движении в галактиках аннигиляция становится редкой и сигнал пропадает вообще. В обоих случаях наблюдения плохо сочетаются с тем, что фиксируют в центре Млечного Пути.

Авторы новой работы предлагают выйти из этого тупика другим способом. Они допускают, что тёмная материя может состоять не из одного типа частиц, а как минимум из двух. Причём для аннигиляции им нужно «встретиться» друг с другом. В таком сценарии важна не только общая плотность тёмной материи, но и соотношение этих компонентов в конкретной галактике.

В Млечном Пути доли двух типов частиц могут быть близкими, поэтому столкновения происходят достаточно часто и дают заметное гамма–излучение. В карликовых галактиках картина может отличаться: один компонент преобладает, другой почти отсутствует. В результате вероятность встречи резко падает, и сигнал становится слишком слабым, чтобы его зафиксировать.

Такое объяснение позволяет сохранить гипотезу о тёмной материи как источнике избыточного излучения в центре нашей галактики, не требуя, чтобы тот же эффект обязательно проявлялся везде. Модель получается менее строгой, но лучше согласуется с текущими наблюдениями. При этом она не отменяет другие варианты — например, сценарий с пульсарами по–прежнему остаётся в игре.

Дальнейшие данные должны прояснить ситуацию. Телескоп Fermi может получить более точные наблюдения карликовых галактик, где пока не хватает чувствительности. Если там всё же удастся увидеть гамма–излучение, это будет говорить в пользу схожего распределения компонентов тёмной материи. Если сигнал так и не появится, это может означать, что один из типов частиц там представлен слабо. Но даже в этом случае выводы будут зависеть от множества дополнительных факторов, и однозначного ответа быстро ждать не стоит.

Главный результат работы не в том, что найдено окончательное объяснение, а в том, что исчезает жесткое требование искать один и тот же сигнал повсюду. В поисках тёмной материи это важное смещение: теперь отсутствие совпадений перестает автоматически ломать гипотезу и становится частью данных, с которыми тоже можно работать.