ПОЧЕМУ ТЕМНОЕ СЕРДЦЕ МЛЕЧНОГО ПУТЯ МОЖЕТ БЫТЬ ФОРМЫ КОРОБКИ
В 2009 году астрономы, использующие гамма-обсерваторию Ферми, заметили, что из центра Млечного Пути исходит значительно больше гамма-излучения, чем можно было бы ожидать от известных объектов в этой области. С тех пор возникли две основные теории, объясняющие это явление, известное как избыток гамма-излучения в галактическом центре (GCE). Согласно одной из теорий, дополнительное гамма-излучение создается тысячами невидимых мс-пульсаров (MSPs), а другая предполагает, что источником света могут быть процессы аннигиляции темной материи. Новая работа группы ученых под руководством Мултиса Муру из Лейбниц Института астрофизики Потсдама (AIP) снова выравнивает шансы между двумя теориями.
МС-пульсары представляют собой тип нейтронных звезд, которые вращаются тысячами раз в секунду, излучая радиацию вдоль своей оси. Они могут быть полезны в различных астрономических исследованиях, но яркость «выпуклой» области в центре нашей галактики затмевает их видимый свет, делая их практически невидимыми в хаосе галактического центра. Тем не менее, теория предсказывает, что их гамма-излучение должно быть достаточно мощным, чтобы достичь наблюдателей, если в центре сконцентрировано достаточно много MSP.
Темная материя, в свою очередь, известна тем, что остается невидимой, где бы она ни находилась. В теории, объясняющей GCE, она состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMPs), которые притягиваются гравитацией к центру галактики и затем аннигилируют друг с другом, создавая избыток гамма-излучения и другие частицы стандартной модели. Хотя может показаться удивительным, что темная материя может взаимодействовать с собой, при этом она редко взаимодействует с другими формами материи, наше текущее понимание предполагает, что это возможно и происходит довольно часто.
Основной фактор, зафиксированный Ферми в ходе его первоначальных наблюдений, указывал на MSP, а не на темную материю как на источник GCE. Гамма-излучение, как показалось, не исходило из идеальной сферы, что могло бы ожидаться, если бы темная материя была гравитационно притянута к сферическому центру галактики. Вместо этого сопротивление имело «коробчатый» вид, некоторые его стороны были более плоскими, чем сферическими. Это хорошо согласуется с моделями, где ожидаются MSP, но не так уж и хорошо с моделями темной материи.
Ключевым событием в новой работе стало использование симуляционного пакета под названием HESTIA (Симуляции окружающей среды высоких разрешений) для моделирования формирования Млечного Пути. Авторы создали «цифрового двойника» нашей галактики и наблюдали за ее взаимодействиями с другими близлежащими галактиками, иногда поглощая их. В результате их смоделированный Млечный Путь не имеет темной материи, собранной в сферической форме в своем центре, а вместо этого выглядит «коробчатым», точно как предсказывает паттерн GCE. Когда они смоделировали гамма-излучение, испускаемое при аннигиляции с такой формой, то обнаружили, что оно соответствует данным так же хорошо, как и модели с использованием MSP.
Однако это означает, что для окончательного разрешения вопроса требуются дополнительные данные. Работа не может однозначно установить, какая из моделей более точна; она лишь демонстрирует, что возможно согласовать данные GCE с гамма-излучением от аннигилирующей темной материи. Для точного различения обеих теорий астрономам необходимо собрать больше данных, которые, как они надеются, будут получены с запуском Телескопа Черенкова (CTA) в 2028 году. Модели работают только на основе тех данных, на которых они построены, и ученые должны подождать, пока появятся более качественные данные.
Таким образом, вопросы о том, как именно взаимодействует темная материя и что именно происходит в центре Млечного Пути, остаются открытыми. Исследования продолжаются,
