Темна матерія - це загадкове речовина, яке становить більшу частину матерії Всесвіту. Однак вона досі залишається абсолютно невловимою: досліди ні на Землі, ні в космосі не знайшли її слідів. Проте навіть, здавалося б, невдалі експерименти допомагають вченим виключати деякі теоретичні моделі.

Так, три дослідження, опубліковані в цьому році, використовували дані шести років спостережень космічного гамма-телескопа Фермі, створеного NASA, і застосували до них нові підходи. Завдяки цьому вчені звузили кордону, в рамках яких вони надалі будуть полювати за темною матерією.

"Ми шукали звичайних" підозрюваних "у звичайних місцях і не знайшли ніяких слідів. В результаті ми почали шукати, застосовуючи нові способи, - розповідає дослідниця Джулія МакІнері ( Julie McEnery ) З Центру космічних польотів Годдарда.

За її словами, "нові результати" Фермі "допомогли виключити багатьох кандидатів і показали, що темна матерія може впливати лише на малу частину гамма-фону за межами нашої галактики Чумацький Шлях".

Темна матерія не випромінює і не поглинає світло, взаємодіючи з іншою частиною Всесвіту за допомогою гравітації. Астрономи бачать її вплив по всьому космосу - в обертанні галактик, в спотворенні світла, що проходить через галактичні кластери, а також в моделюванні ранньому Всесвіті , Яке вимагає наявності темної матерії для освіти галактик.

Основними кандидатами на роль темної матерії стали різні класи гіпотетичних частинок. Вчені вважають, що гамма-промені, які мають з усього спектра найбільшу енергію, можуть допомогти виявити наявність деяких видів передбачуваних частинок темної матерії .

Раніше телескоп допомагав шукати особливі сплески гамма-випромінювання, потенційно пов'язані з темною матерією, в центрі нашої галактики і в невеликих карликових галактиках. І хоча не було знайдено ніяких переконливих сигналів, отримані результати допомогли виключити деяких кандидатів в частинки темної матерії в певному діапазоні мас і деяких інших параметрів. Це, в свою чергу, дозволило обмежити (уточнити) можливі характеристики частинок темної матерії.

В ході нових досліджень вчені припустили, що темна матерія може складатися з гіпотетичних частинок - аксионів , Або інших частинок з подібними властивостями. Інтригуючим властивістю подібних частинок є їх здатність перетворюватися в гамма-промені і назад, коли вони взаємодіють з сильними магнітними полями. Такі перетворення залишали б характерні сліди в спектрі яскравого джерела гамма-випромінювання.

Мануель Майер ( Manuel Meyer ) Зі Стокгольмського університету проводив дослідження і шукав ці ефекти в гамма-променях, що виходять від NGC тисячі двісті сімдесят п'ять - центральної галактики в скупченні Персея - розташованого в 240 мільйонах світлових років від нас. Високоенергетичні викиди, які виходять від NGC 1275, як вважається, пов'язані зі надмасивної чорною дірою в її центрі. Як і всі скупчення галактик, скупчення Персея володіє магнітними полями, які дозволили б "перемикатися" частинкам начебто аксионів в гамма-промені і потім знову в частинки.

Команда Майера використовувала спостереження LAT - головного інструменту обсерваторії Фермі, і шукала передбачені спотворення в сигналі гамма-випромінювання. У своїх висновках, опублікованих в науковому виданні Physical Review Letters, вони виключили невеликий спектр частинок, подібних аксионів, які могли б скласти близько чотирьох відсотків темної матерії.

Інший широкий клас кандидатів в темну матерію називається "слабовзаємодіючих масивні частинки" (або вімпи ). Згідно з деякими наукових гіпотез, що зіштовхуються вімпи або анігілюють (знищуються), або виробляють проміжні, бистрораспадающіхся частки. Обидва сценарії призводять до виникнення гамма-променів, які можуть бути виявлені за допомогою LAT.

Реджина Капуто ( Regina Caputo ) З Каліфорнійського університету в Санта-Круз шукала ці сигнали в Малому Магеллановій Хмарі , Яке знаходиться в 200 тисячах світлових років від нас. Сьогодні астрономи мають високоточними вимірами кривої обертання Малого Магелланова Хмари, які показують, як швидкість обертання змінюється з відстанню від центру, і вказує на присутність темної матерії. В статті , Опублікованій в Physical Review D, Капуто і її колеги змоделювали зміст темної матерії в Малій Магеллановій Хмарі, показавши, що її наявності досить для твори двох типів вімпів і їх виявлення з Землі.

За словами Капуто, LAT "бачить" гамма-промені, які виходять від Малої Магелланової Хмари, але всі їх можна пояснити звичайними джерелами. "Нами не було виявлено жодного сигналу анігіляції темної матерії, які можна було б вважати статистично значущими", - говорить вона.

У третьому ж дослідженні вчені під керівництвом Марко Айєлло ( Marco Ajello ) З Університету Клемсона і Маттіа Ді Мауро ( Mattia Di Mauro ) З Національної прискорювальної лабораторії SLAC в США займалися пошуком в іншому напрямку. Замість того щоб шукати конкретні астрономічні мети, команда використовувала дані LAT за більш ніж шість років, аналізуючи фонове світіння гамма-променів по всьому небу.

Природа цього світла, званого позагалактичних гамма-фоном, вперше була виміряна супутником НАСА Small Astronomy Satellite 2 на початку 1970-х років. Гамма-телескоп Фермі показав, що велика частина цього світла виходить від незрозумілих джерел гамма-випромінювання, зокрема, можливо, від галактик під назвою блазари .

Блазари складають більше половини від загального числа джерел гамма-випромінювання, що фіксуються телескопом. Також на їх частку припадає ще більше позицій в новому каталозі LAT найбільш високоенергетичних гамма-променів.

Деякі моделі передбачають, що позагалактичний гамма-фон може створюватися далекими взаємодіями частинок темної матерії - анігіляцією або розпадом вімпів. В детальному аналізі високоенергетичних гамма-променів , Опублікованому в Physical Review Letters, Айєлло і його команда вчених показують, що блазари і інші дискретні джерела можуть пояснювати майже все це випромінювання.

Нова інформація, на думку Айєлло, допоможе краще зрозуміти, як часто вімпи стикаються або розпадаються.

І хоча ці дослідження все-таки залишили вчених з порожніми руками, пошуки темної матерії як і раніше продовжуються як в наземних експериментах, так і в космічних.