Первые наблюдения китайской орбитальной обсерватории DAMPE, предназначенной для поисков темной материи, говорят в пользу того, что темная материя действительно может распадаться в окрестностях орбиты Земли и в центре Галактики, заявляют ученые в статье в журнале Nature.
«Этот «обрыв» в спектре энергий космических лучей, который мы открыли, может указывать на существование темной материи. С другой стороны, его мог породить какой-то другой источник этих частиц. Для ответа на этот вопрос нужно получить больше данных, и мы пока ожидаем, что DAMPE проработает еще как минимум 5 лет», — заявил Чан Цзинь (Chang Jin) из обсерватории Цзыцзиньшань в Нанкине (Китай).
Темные небеса
Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим, и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках показали, что светила на их окраинах движутся в них с невозможно высокой скоростью, которая была примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты на базе масс всех светил в них.
Причиной этого, как сегодня считают ученые, была так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю приходится примерно 75% от массы материи во Вселенной. Как правило, в каждой галактике примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой «кузины», и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им «разбежаться».
Сегодня почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Достаточно долго ученые предполагали, что она сложена из сверхтяжелых и «холодных» частиц-«вимпов», никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.
Первые потенциальные следы темной материи были найдены в 2008 году российским спутником «Ресурс-ДК1», чей детектор PAMELA обнаружил следы необычно большого числа частиц антиматерии на орбите Земли, которые, как предположили ученые, могли быть порождены распадами этой загадочной субстанции.
Позже эти данные подтвердил детектор AMS-02 на борту МКС, однако многие астрофизики не согласны с такой идеей и считают, что на самом деле эта антиматерия имеет менее экзотическое происхождение – ее могли породить пульсары или какие-то другие далекие от нас источники космических лучей высоких энергий.
В этом году «пульсарная» теория была поставлена под сомнение после публикации данных, собранных высокогорным телескопом HAWC, наблюдающим за Вселенной в гамма-диапазоне. Это возродило интерес физиков к «экзотическим» объяснениям этой странной аномалии на орбите Земли.
Космологические загадки
Космический телескоп DAMPE, запущенный Китаем на орбиту Земли в декабре 2015 года, проверил эти предположения с другой стороны, наблюдая за космическими лучами сверхвысоких энергий неизвестной природы, возникающими в центре нашей Галактики и других скоплений звезд.
Это излучение, как считает часть космологов сегодня, тоже может возникать в результате распадов темной материи в тех точках, где ее скапливается особенно много. Если это так, то тогда космические лучи, исходящие из центра Галактики, будут иметь особенный энергетический спектр – число частиц будет изначально меняться относительно медленно по мере роста энергии, однако при достижении определенной точки оно резко просядет вниз.
Первые намеки на существование этого «обрыва», как отмечает Цзинь, были найдены еще во время наблюдений на AMS-02, однако этот детектор не мог следить за частицами сверхвысоких энергий, которые может «видеть» DAMPE, а данные с наземных телескопов не были достаточно точными для того, чтобы говорить об этом наверняка.
По словам китайских физиков, данные, собранные DAMPE во время первого цикла его работы с декабря 2015 года по июнь 2017 года, являются первым однозначным свидетельством того, что этот «обрыв» действительно существует и что он расположен именно там, где он должен находиться в соответствии с предсказаниями теории.
За последующие пять лет, как надеются Цзинь и его коллеги, DAMPE соберет данные по еще 10 миллиардам космических лучей, что позволит ученым уменьшить погрешности измерений и окончательно доказать, что данная аномалия существует.
Пока не понятно, возникла ли она в результате распадов темной материи или каких-то менее экзотических процессов. Физики надеются, что наблюдения за лучами сверхвысоких энергий, чья энергия превышает 10 ТэВ, помогут нам понять, возникли ли они в ходе распадов темной материи или же были порождены пульсарами или останками сверхновых.