Ученые предложили новое объяснение противоречивых сигналов тёмной материи: она может состоять из двух разных частиц
Новое теоретическое исследование ставит под сомнение распространённое предположение о том, что тёмная материя — это один вид частиц, и предлагает модель, в которой тёмная материя состоит из двух различных типов частиц. Работа, опубликованная в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, объясняет, почему один из самых обсуждаемых следов тёмной материи — избыток гамма‑излучения в центре Млечного Пути — не сопровождается аналогичными сигналами в карликовых галактиках, что долгое время вызывало разногласия среди астрономов.
Тёмная материя вводится в космологию потому, что видимая масса Вселенной — звёзды, газ и пыль — не может объяснить наблюдаемые гравитационные эффекты. Скорости вращения галактик, устойчивость скоплений галактик и параметры космического микроволнового фонового излучения указывают на наличие значительного невидимого компонента, который взаимодействует гравитационно, но не испускает, не поглощает и не отражает свет.
Одним из возможных следов тёмной материи считают избыток гамма‑лучей в центральной области нашей галактики, обнаруженный телескопом Fermi. Часть исследователей интерпретировала это как следы аннигиляции частиц тёмной материи. Однако подобный сигнал не был убедительно найден в малых, богатых тёмной материей системах — карликовых галактиках, которые традиционно считаются перспективными целями для поиска из‑за низкого фонового «астрономического шума». Отсутствие сигнала в этих объектах ставило под сомнение тёмноматериальную интерпретацию избытка в Млечном Пути либо свидетельствовало о неполноте теорий.
Авторы новой работы предлагают третью возможность: если тёмная материя состоит из двух типов частиц, аннигиляция может происходить лишь при встрече разных видов, а не при столкновении одинаковых частиц. В этом случае интенсивность гамма‑излучения будет зависеть не только от общей плотности тёмной материи в регионе, но и от относительного соотношения двух компонент. Если в некоторых средах оба типа присутствуют в сопоставимых долях — как это могло иметь место в центре Млечного Пути — частые встречи разнородных частиц могут давать заметный гамма‑сигнал. В карликовых галактиках, где один компонент может доминировать, взаимные встречи двух разных типов станут редкими, и излучение окажется подавленным, несмотря на высокую плотность тёмной материи.
Авторы подчёркивают, что эта «двухкомпонентная» модель не даёт окончательного решения проблемы, но существенно меняет интерпретацию как положительных, так и отрицательных наблюдений. Отсутствие сигнала в одних объектах уже не будет однозначным доказательством того, что гамма‑избыток в другом месте имеет не‑тёмноматериальную природу. Модель выступает альтернативой стандартным сценариям, в которых скорость аннигиляции либо постоянна, либо сильно зависит от скорости частиц.
Дальнейшие наблюдения станут решающими для проверки этой идеи. Более чувствительные измерения карликовых галактик с помощью нынешних и будущих гамма‑обсерваторий могут либо обнаружить слабые следы излучения, либо дать более строгие ограничения, что позволит уточнить или опровергнуть предложенную модель. В любом случае исследование подчёркивает, насколько много неизведанного остаётся в вопросе о природе тёмной материи: возможно, она представляет собой сложную смесь компонентов и проявляется лишь при определённых условиях, либо же причина космических несоответствий кроется в ограниченном понимании гравитации.
