На окраинах Млечного Пути не нашли нестабильной темной материи

Длительные наблюдения за окраинами Млечного Пути заставили астрономов усомниться в популярной теории о том, что избыток рентгеновского излучения в свечении нашей Галактики стал результатом распадов частиц темной материи. Выводы ученых были опубликовал научный журнал Science.

"Мы потратили почти год, пытаясь найти первые следы распада частиц темной материи и формирования рентгеновских фотонов с энергией в 3,3–3,7 килоэлектронвольт (кэВ). Никаких следов подобных событий мы при этом не нашли, что полностью исключает возможность того, что темная материя может распадаться подобным образом", – пишут исследователи.

Споры о природе темной матери ужесточились в 2009 году – после того, как орбитальный телескоп Fermi обнаружил, что центральная часть Млечного Пути вырабатывает заметно больше рентгеновского и гамма-излучения, чем предсказывают расчеты, которые основаны на плотности распределения звезд и активности в центре черной дыры.

Многие космологи-теоретики посчитали, что существование этого излучения указывает на то, что частицы темной материи нестабильны по своей природе. Чтобы проверить эти гипотезы, десятки научных групп начали наблюдать как за нашей Галактикой, так и другими близлежащими объектами, в том числе Туманностью Андромеды.

Как отмечает Бенджамин Сафди, доцент Мичиганского университета (США), и его коллеги, эти наблюдения привели к противоречивым результатам. С одной стороны, астрономы действительно нашли в соседних галактиках и далеких их скоплениях похожий избыток рентгеновского излучения.

С другой, обсерватория NuSTAR обнаружила свидетельства того, что это свечение внутри Млечного Пути появилось из-за огромного количества пульсаров и черных дыр в центре Галактики, а вовсе не из-за распадов невидимых частиц. Это породило массу новых споров о том, из-за чего появляется это излучение и как оно может быть связано с темной материей.

Исчезающая темная материя

Сафди и его коллеги попытались найти ответ на этот вопрос, опираясь на одно из предсказаний теоретиков. Оно заключается в том, что аксионы, одна из форм легкой темной материи, по своей природе нестабильны. Расчеты астрономов указывают, что эти частицы должны распадаться на нейтрино и частицы света, энергия которых будет составлять примерно 3,5 кэВ.

Авторы статьи придумали методику для того, чтобы искать подобные распады. Они воспользовались тем, что европейский орбитальный телескоп XMM-Newton периодически следил не за конкретными объектами в нашей Галактике или за ее пределами, а на относительно пустые участки неба на окраинах Млечного Пути.

В отличие от центра Галактики, в этих участках, как предположили астрофизики, не должно быть точечных источников рентгеновских волн. В итоге, если бы астрофизики нашли там рентгеновские фотоны с "нужной" энергией, это автоматически стало бы прямым свидетельством того, что нестабильные аксионы существуют.

Руководствуясь этой идеей, ученые проанализировали все данные, которые XMM-Newton собирал за последние два десятка лет работы. Они выбрали все "пустые" снимки. В результате ученые собрали огромный массив данных и провели рекордные по чувствительности поиски следов легкой темной материи.

Несмотря на это, астрономы не смогли найти никаких намеков на то, что подобные распады происходят даже с очень малой вероятностью. Как считают Сафди и его коллеги, это говорит о том, что нестабильных аксионов в той форме, о которой писали теоретики, на самом деле нет в природе.