Физики возродили идею о сигнале темной материи из центра Галактики

Ученые показали, что существующие методы анализа данных в гамма-диапазоне неспособны надежно исключить вклад размытого сигнала, причиной которого может быть гипотетическая аннигиляция частиц темной материи. В результате выводы о пульсарной природе наблюдающегося избытка излучения из центра Млечного Пути не могут считаться окончательными, пишут авторы в журнале Physical Review Letters.

Темная материя — это название семейства идей, призванных разрешить ряд противоречий между наблюдениями и теоретическими астрофизическими оценками. Наиболее популярным вариантом является представление темной материи в виде еще неоткрытых частиц. На данный момент нет прямых подтверждений наличию подобных объектов.

Согласно подавляющему большинству моделей темной материи, ее частицы должны формировать протяженные гало, в которые погружены все галактики, в том числе Млечный Путь. В таком случае в центре систем должна наблюдаться заметная концентрация таких частиц. При этом ряд теорий предполагает, что между ними могут происходить взаимодействия, в том числе аннигиляции. Ее результатом должно стать появление фотонов, чья энергия будет зависеть от неизвестной массы исходных частиц.

Подобные сигналы были зарегистрированы, причем как в рентгеновском диапазоне (линия излучения в направлении галактики Андромеды и скопления в Персее), так и в гамма (избыток излучения из центра Млечного Пути). Однако впоследствии вывод о том, что это следы аннигиляции темной материи, посчитали маловероятными, так как было показано, что подобные особенности могут появляться в результате свечения популяции необнаруженных миллисекундных пульсаров.

Ребекка Лин (Rebecca Leane) и Трейси Слейтер (Tracy Slatyer) из Массачусетского технологического института показали, что предыдущий анализ, соавтором которого выступила Слейтер, также не был лишен недостатков. В статье говорилось, что пульсары должны выглядеть как достаточно компактные объекты в данных гамма-телескопа Ферми, а вычет всех известных источников приводит к тому, что попиксельное сравнение оставшихся вариаций намного лучше объясняется локализованными источниками, а не размытым свечением, которое ожидается в случае темной материи.

Теоретически предполагается, что темная материя распределена согласно функции плотности с гладким профилем, поэтому ее сигнал может быть смоделирован распределением Пуассона. Однако популяции отдельных источников будут порождать менее однородное распределение, так как из-за ограниченного углового разрешение с ненулевой вероятностью в одном пикселе может оказаться несколько ярких источников, а в другом — ни одного.

В новой работе авторы искусственно добавляли в реальные данные ожидаемый сигнал темной материи, который все равно определялся программой как относящийся к пульсарам. Более того, созданный ранее алгоритм продолжал выдавать пульсары в качестве ответа, даже если искусственный сигнал темной материи создавался с повышенной интенсивностью, и лишь при десятикратном превышении ожидаемого уровня начинал правильно определяться. Ученые заключают, что такой анализ не дает надежных результатов, поэтому необходимо вернуться к исходной позиции, по которой избыток гамма-лучей из центра Млечного Пути все-таки может быть связан с темной материей.

Ранее физики использовали изображение тени черной дыры для установки ограничения на массу частиц темной материи и нашли несоответствия в предсказаниях теории о сверхтекучей темной материи с наблюдениями Млечного Пути. Также мы делали специальный тест по основным моделям этого компонентна Вселенной — «Какая ты темная материя?».