Темная материя на то и темная, что никакого света не излучает и проявляет себя лишь косвенно — по чрезмерному притяжению звезд в галактиках да по искривлению света — двум эффектам, связанным с ее гравитационным воздействием. На роль носителей этой материи ученые предлагают различные, еще не известные науке экзотические частицы, например так называемые вимпы — слабовзаимодействующие массивные частицы, стерильные нейтрино и другие.
Астрономы под руководством Олега Ручайского из Федеральной политехнической школы Лозанны и при поддержке Лейденского университета, анализируя рентгеновское излучение двух объектов — соседней с нами галактики Андромеды и скопления галактик в Персее, зафиксировали сигнал, который может быть отнесен к частицам — носителям темной материи.
В своей работе ученые провели широкий анализ данных, полученных космической рентгеновской обсерваторией XMM-Newton, которая наблюдала за этими объектами.
Имея большой объем зафиксированных данных, ученые смогли уловить едва заметное превышение рентгеновского излучения в узком участке спектра — 3,5 килоэлектрон-вольта.
Сразу стало ясно, что это превышение — избыток фотонов, вырабатываемых при рождении каких-то частиц.
Ученые считают, что эти фотоны могут рождаться при распаде стерильного нейтрино — одного из кандидатов в носители черной материи.
«Наблюдения галактики Андромеды с помощью спутника XMM-Newton проводились не нами. Все эти данные имеются в открытом доступе. Мы выбирали из массива данных те наблюдения, которые были нам интересны, — Андромеду, Персея и Млечный Путь», — рассказал «Газете.Ru» Олег Ручайский.
По его словам, в одном из диапазонов был обнаружен всплеск — ученые увидели несколько сотен лишних фотонов, существование которых не объясняется с помощью астрофизических моделей.
«Это очень слабый сигнал. Это превышение над фоном буквально на 1–1,5%. Заметить их удалось благодаря тому, что наблюдения были очень продолжительными», — добавил ученый.
Ручайский рассказал, что заметить это превышение раньше не удавалось, потому что продолжительность прежних наблюдений не превышали ста тысяч секунд.
А теперь исследователи взяли все имеющиеся наблюдения от центра Андромеды и Персея. И лишь благодаря этому они увидели три сигнала, статистическая значимость которых составляет 3σ.
«Всегда есть какие-то неучтенные математические погрешности. Для нас важным является то, что мы видим этот сигнал не только в галактике Андромеды, но и в скоплении Персея. А оно находится от нас дальше, чем Андромеда. Поэтому этот сигнал имеет небольшое красное смещение — несколько меньше энергии», — уточнил Олег Ручайский. По его словам, это смещение соответствует удалению от Млечного Пути.
Наконец, ученые «посмотрели» в центр Млечного Пути и увидели этот же сигнал. Там он находится в номинальной позиции — центр Млечного Пути от нас не смещен. Зная, какой сигнал в Андромеде, ученые смогли высчитать, какой сигнал будет во Млечном Пути.
И они его получили.
Кроме того, аналогичные исследования, но в отношении других объектов, проводили астрономы из Гарварда, а также Максим Маркевич из ИКИ РАН, и они добились схожих результатов.
Еще одним важным фактором, подтверждающим происхождение темной материи, являются измерения пространственного распределения. В случае со скоплением в Персее оно большое и занимает на небе область радиусом порядка двух угловых градусов. Это большой и интересный кластер, ученые его очень активно изучают «в рентгене». Имеются наблюдения, находящиеся на разном расстоянии от центра кластера, — астрономы смотрели в центральной области, со смещениями и вплоть до краев.
«Можно разбить наблюдения по группам, по тому, как они расположены от центра. Видно, что интенсивность линии уменьшается. Она видна в каждой группе по отдельности — уже с низкой статистической значимостью.
В то же время видно, что она уменьшается так, как мы бы ожидали уменьшения сигнала темной материи.
Однако статистическая значимость недостаточно высокая, чтобы что-то утверждать наверняка», — рассказал Ручайский.
Исследователи пытались увидеть сигнал в галактике Андромеды вне центра, и им это не удалось — сигнал был слишком слабым, чтобы увидеть его с помощью аппарата XMM-Newton.
Изначально ученые занимались поисками распада стерильного нейтрино, однако даже если найденный сигнал подтвердится, это не говорит о том, какая частица распадается.
«Это говорит нам, что есть какая-то частица. Она легкая.
Ее масса 7 ГэВ. Но какая это частица, мы узнать не можем. Мы можем исключить много вариантов, например вимп — он слишком легкий. Но кандидатов на такой сигнал очень много», — добавил Олег Ручайский.
По его словам, сколько фотонов даст распадающееся стерильное нейтрино, определяется временем его жизни. Сейчас исследователи полагают, что оно длиннее, чем 10-26 или 10-27 секунд. И результаты наблюдений это пока подтверждают.