Ферми: новое подтверждение Темной Материи?

Блог Cosmic Variance,
18 ноября 2009 года

Говоря о международном сотрудничестве, можно отметить новую статью по астрофизике, заявляющую, что гамма-телескоп Ферми подтвердил излишнее количество гамма-лучей в окрестностях центра Галактики - аналогично тому, что можно было бы ожидать от высокоэнергетических электронов, создаваемых аннигиляцией или распадом темной материи.

Ферми-фон: Гамма-копия микроволнового фона
Authors: Gregory Dobler, Douglas P. Finkbeiner, Ilias Cholis, Tracy R. Slatyer, Neal Weiner

Если темная материя - это слабовзаимодействующая массивная частица (WIMP), отдельные WIMP должны время от времени аннигилировать с другими WIMPs, порождая потоки частиц, включая электрон-позитронные пары и фотоны высоких энергий (гамма-лучи). И действительно, поиск таких гамма-лучей был одной из главных причин миссии Ферми (ранее называвшейся GLAST). И поэтому имеет смысл заглядывать туда, где темная материя самая плотная - в центр Галактики. Но это очень сложная проблема по одной простой причине — из центра Галактики и так приходит огромное количество излучения, большинство которого никак не связано с темной материей. Вычитание "излучения фона" (самого по себе очень интересного для астрономов, изучающих Галактику) - весь смысл этого дела.

Бат Дуг Финкбейнер (But Doug Finkbeiner) из Гарварда предположил, что уже было доказательство того, что что-то интересное происходит около центра Галактики - в форме не высокоэнергетических фотонов, а фотонов низких энергий. Так называемый фон WMAP приписывается излучению, создаваемому, когда электроны высоких энергий ускоряются магнитными полями, что приводит к синхротронному излучению (фотоны низких энергий). А Финкбейнер и его коллеги говорят, что тщательный анализ данных WMAP (чья главная миссия - наблюдение космического микроволнового фона) показывает точно то же излучение, которые можно ожидать от аннигиляций в районе галактического центра.

Если модель верна, это дает нам некоторое указание, где искать сами гамма-лучи, которые сейчас наблюдает Ферми. И согласно этой новой статье это как раз то, что мы видим.

Избыток гамма-лучей у галактического центра.

Это один из многих снимков после большой обработки. Новая статья говорит, что избыток гамма-лучей, у которого в точности те же свойства, указывающие на те же поколения электронов, которые порождают фон WMAP. Эти фотоны со значительно большими энергиями рождаются инверсным рассеянием Комптона - электроны врезаются в фотоны и выталкивают их на более высокие энергии, чем обычное синхротронное излучение. И мы не говорим о гамма-лучах, создаваемых аннигиляциями частиц темной материи, а всего лишь об электронах и фотонах, которых производятся в результате этих аннигиляций. Авторы не заявляют со всей определенностью, что мы видим то, что возникает от темной материи и даже не исследуют эту возможность.

Известны теории, что микроволновый фон может дать начало новой физике, изучающей распад или аннигиляцию темной материи, ну или новой астрофизике. Мы не строим других догадок о происхождении фоновых электронов, кроме того, что мы делаем общие наблюдения о том, что морфология фона примерно сферическая, что затрудняет объяснение этого фона такими источниками как, например, пульсары, которые населяют главным образом диск Галактики. Поиск новой физики - или улучшенного понимания обычной астрофизики - будет являться предметом следующей работы.

Так, как это должно быть: существует или нет гамма-фон в действительности - это другой вопрос, пока в главных обвиняемых - сама Темная Материя. В блоге мы можем немного подискутировать на эту тему, и поэтому я удаляюсь, говоря - почему нет? Или, почему да? Но несомненно то, что проблему обнаружения темной материи атакуют со всех сторон наиболее продвинутые экспериментальные техники, и мы наверняка скоро услышим что-то новое об этом.

Комментарий доктора Майкла: вот Темная Материя. вот пара WIMP частиц - особых частиц, никак не взаимодействующих с обычной материей. Вот эти частицы аннигилируют, превращаясь в фотоны. Эти фотоны распределены вокруг центра Галактики и совершенно тонут в его излучении. Ребята берут WMAP - микроволновый фон, представляют, что будет, что если обычные синхротронные фотоны перевести в гамма-диапазон энергий с помощью инверсного рассеяния Комптона - просто потолкав их электронами. Теперь согласно картине WMAP мы вырезаем из гамма-излучения центра Галактики грубо сферу и говорим, что, скорее всего, часть гамма-лучей внутри этой сферы рождается не обычной материей, а как раз вот этими фотонами, которые толкаются электронами, и все эти частицы порождены аннигиляцией WIMP частиц... уф.. вроде, понятно, но пока как-то не очень убедительно что ли.