Причиной загадочного излучения в Млечном Пути может быть темная материя
В 2009 году космический телескоп Fermi обнаружил избыток гамма-излучения в центре Млечного Пути. Несмотря на многолетние наблюдения, ученым до сих пор не удалось однозначно установить его источник. Новое исследование показало, что одной из возможных причин этого явления может быть аннигиляция частиц темной материи. Работа международной группы ученых под руководством Флориана Листа из Венского университета опубликована в журнале Physical Review Letters.
Авторы применили машинное обучение, чтобы одновременно проанализировать распределение гамма-излучения в пространстве и энергию отдельных фотонов.
Загадочный избыток излучения
Явление получило название «гигаэлектронвольтный избыток в центре Галактики», или GCE. Среди его возможных источников ученые называют плотную популяцию звезд, сверхмассивную черную дыру Стрелец A* и большое количество пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд.
Еще одна гипотеза связывает сигнал с темной материей. Это значит, что у такой частицы темной материи нет отдельной античастицы: она сама является своей «парой антиматерии». Если две такие частицы столкнутся, они могут взаимно уничтожиться — аннигилировать. Их масса при этом превратится в энергию, в том числе в гамма-излучение. Именно такое излучение ученые пытаются обнаружить в центре Млечного Пути. Возможными кандидатами считаются массивные частицы, или вимпы, существование которых пока не доказано.
Проверить эту версию чрезвычайно сложно: центр Млечного Пути остается одной из самых ярких и насыщенных источниками областей гамма-диапазона. Разделить находящиеся там сигналы и определить их происхождение современным телескопам удается не всегда.
Сколько пульсаров необходимо
Предыдущие исследования указывали, что избыток могут создавать более тысячи миллисекундных пульсаров. По отдельности большинство из них слишком тусклые, чтобы Fermi мог их обнаружить. Однако прежние статистические модели не всегда учитывали точную энергию каждого зарегистрированного фотона.
Исследователи обучили нейросеть на данных более чем о миллионе смоделированных гамма-фотонов. Новый подход позволил впервые совместно оценить пространственные и спектральные характеристики излучения. Анализ показал, что предполагаемые точечные источники должны быть значительно слабее, чем считалось ранее.
Если сигнал действительно создают миллисекундные пульсары, их в центре Галактики должно находиться не менее 35 тысяч. Средняя оценка модели достигает порядка 100 тысяч объектов. Это на несколько порядков больше прежних расчетов.
Гипотеза остается в силе
После учета энергии отдельных фотонов характеристики излучения практически перестали отличаться от сигнала, предсказываемого моделями аннигилирующей темной материи.
Тем самым исследование ослабляет один из основных аргументов в пользу того, что GCE создается множеством неразличимых точечных источников.
Авторы подчеркивают, что работа не доказывает участие темной материи в возникновении гамма-избытка. Она лишь показывает, что исключать эту возможность пока рано. По словам ученых, машинное обучение помогает преодолеть ограничения прежних методов и приблизиться к разгадке одной из самых продолжительных дискуссий современной астрофизики.
