Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-2-4
Астрономы не нашли следов аннигиляции темной материи после 413 недель наблюдений

Март 2018

Американские ученые исследовали гамма-излучение 495 галактик из каталогов T15 и T17, которое телескоп Ферми регистрировал в течение восьми лет. Ученые снова не нашли следов аннигиляции частиц темной материи, но установили ограничение на сечение процесса и проверили результаты предыдущей работы, в которой рассматривались только карликовые сфероидальные галактики. Статья опубликована в Physical Review D.

Существование темной материи подтверждается множеством данных по гравитационному линзированию и измерению кривых вращения галактик, однако «живьем» ее никто никогда не видел. Ученые пытаются поймать ее с помощью огромных детекторов, следят за «невидимыми» распадами частиц, ищут на коллайдерах следы гипотетических темных фотонов — однако до сих пор следов темной материи зарегистрировано не было. Неудачи заставляют экспериментаторов разрабатывать альтернативные способы поиска темной материи.

В частности, некоторые теории предполагают, что частицы темной материи должны аннигилировать и рождать обычные фотоны, которые можно поймать с помощью детекторов. Сами по себе такие процессы могут происходить очень редко, но в галактических гало частиц темной материи должно быть много, и аннигиляция станет заметной. В результате галактики будут излучать в гамма-диапазоне, и этот сигнал можно отделить от излучения, возникающего в других астрофизических процессах, и зарегистрировать.

Группа ученых под руководством Бенджамина Сафди (Benjamin Safdi) использовала этот гипотетический процесс для поиска темной материи. Исследователи сравнили рассчитанный поток с экспериментальными данными, собранными телескопом Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope) за период с августа 2008 по июль 2016 года. В течение всего этого периода телескоп регистрировал гамма-излучение в диапазоне энергий от 502 мегаэлектронвольт до 251 гигаэлектронвольта.

В результате исследователи получили ограничение на сечение аннигиляции гипотетических частиц с массами от десяти до десяти тысяч гигаэлектронвольт. Поскольку остаточный поток гамма-излучения оказался небольшим, ограничение получилось очень сильным.

Ранее ученые уже исследовали с помощью телескопа Ферми аннигиляцию темной материи, образующей гало, которые окружают карликовые сфероидальные галактики. Такие галактики содержат большое количество темной материи (много больше, чем масса входящих в их состав звезд), а потому рассчитанные с их помощью ограничения на сечение аннигиляции частиц темной материи немного точнее, чем результаты новой работы. С другой стороны, данные измерений карликовых галактик подвержены большим систематическим ошибкам, а новая работа проверяет этот результат независимым способом.

В конце ноября прошлого года китайская космическая обсерватория DAMPE с хорошим разрешением и низким уровнем шума измерила энергетический спектр космических электронов и позитронов. Это позволило подтвердить «провал» на энергиях больше одного тераэлектронвольта и нащупать резкий «всплеск» на энергии около 1,4 тераэлектронвольт, который может указывать на аннигиляцию или столкновение частиц темной материи. Или оказаться статистической флуктуацией — пока что DAMPE еще не успел собрать достаточно данных, чтобы исключить такую возможность.

_{nplus1, 13 марта 2018, Дмитрий Трунин}

_{https://nplus1.ru/news/2018/03/13/no-DM-annihilation}

_{Physical Review D, 2018}

_{Бенджамин Сафди (Benjamin Safdi)}

_{Телескоп Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope)}

_{https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.063005}