Гамма-промені - найяскравіше, найпотужніше світло у Всесвіті - пливли по небу, невидимій людським очам. Ці винятково енергійні вибухи випромінювання спалахують від вибухів наднової, іскряться зіткнення нейтронних зірок і випливають із голодних чорних дір.
Коли астрономи можуть впіймати їх за допомогою гамма-телескопів, цей невидимий феєрверк спрямований до однієї з найбільш вибухонебезпечних структур у Всесвіті. Зараз міжнародна команда дослідників сподівається, що ці всесильні промені також можуть призвести до чогось більш чужого і невловимого - невидимої речовини, відомої як темна речовина.
У новому дослідженні, прийнятому для публікації у журналі Physical Review Letters та детальному описі бази даних переддруку arXiv, дослідники подивилися на те, що вони називають "невирішеним фоном гамма-випромінювання" - тобто на весь слабкий та загадковий гамма-промінь сигнали, які залишаються після відомих джерел, таких як чорні діри та наднови, враховуються. Коли команда порівняла карту невирішених гамма-променів із картою щільності речовини в тому ж відрізку Всесвіту, вони виявили, що промені точно узгоджуються з гравітаційно масивними ділянками, де передбачалося приховати темну речовину.
За словами співавтора дослідження Деніела Грюена, це співвідношення дозволяє припустити, що темна речовина може бути значною мірою відповідальною за слабкий фон всесвітніх гамма-променів. Якщо це так, це може дати астрономам деякі життєві підказки про властивості загадкової речовини.
"Темна матерія може розпастись, як радіоактивне ядро, виробляючи гамма-промені, як це відбувається", розповів Live Science астрофізик з Національної лабораторії акселераторів SLAC департаменту енергетики в Стенфордському університеті в Каліфорнії. "Або, можливо, багато частинок темної матерії стикаються, виробляючи гамма-промені, коли вони взаємодіють".
Пульсація в темряві
Вважається, що темна матерія складає близько 85% маси Всесвіту, хоча дослідники все ще не впевнені, що це і де це. Цілком невидимий для сучасних наукових інструментів, цей матеріал ніколи не був успішно виявлений.
"Хоча ми знаємо деякі властивості темної речовини", - сказав Груен. "Ми знаємо, що це дуже часто, і ми знаємо, що в ньому є маса, яка гравітаційно взаємодіє з іншою масою".
Іншими словами, незважаючи на те, що темна матерія невидима, вона робить видимий вплив на Всесвіт завдяки потужній силі тяжіння. Один із таких впливів відомий як гравітаційне лінзування - по суті, про те, як світло з далеких галактик викривляється силою тяжіння масивних предметів, які він проходить на шляху до Землі.
Для нового дослідження дослідники розглядали карту гравітаційного лінзування у певному шматку Всесвіту, складену проектом під назвою «Темне обстеження енергії» (DES). Спеціальна камера спостереження, встановлена на гігантському телескопі в Чилі, провела рік, роблячи знімки високої чіткості сотень мільйонів галактик, орієнтуючись на те, де віддалене світло найбільше пропадає по кишенях інтенсивної сили тяжіння. Хоча деякі найбільш масивні регіони на отриманій карті відповідають відомим галактикам, інші здоровенні кишені, ймовірно, показують прихований вплив темної матерії на роботі, зазначив Грюен.
Щоб краще зрозуміти, як може виглядати цей вплив, дослідники порівняли цю масову карту з картою гамма-випромінювань, виявлених у тому ж регіоні гамма-променевим телескопом Фермі NASA за останні дев'ять років. Використовуючи математичну модель, команда усунула все випромінювання, яке могло б бути остаточно пов'язане з "мирськими" джерелами, такими як чорні діри та наднови, виходячи з їх енергетичного виходу, відстані та різних інших факторів.
Тепер, залишившись лише загадкових "невирішених" джерел гамма-променів, команда порівняла обидві карти. Вони побачили чітке перекриття між регіонами високого гамма-випромінювання та регіонами з великою масою.
"Це перше дослідження, де ми були впевнені, що там, де є багато гамма-променів, є і багато темної речовини", - сказав Груен.
Якщо темна речовина справді випромінює гамма-промені, це може серйозно звузити спосіб її виявлення та з чого вона насправді складається. Однак, все ще можливо, що слабкий фон гамма-променів на карті Фермі не має нічого спільного з темною речовиною, сказав Груен. Математична модель, яку дослідники використовували для вилучення тих "мирських" джерел випромінювання гамма-променів (наприклад, чорних дір), ґрунтується на деяких припущеннях щодо властивостей цих об'єктів. Якщо ці припущення невірні, віддалені чорні діри можуть бути відповідальними за набагато більше загадкового фону гамма-променів, ніж складали дослідники.
"Можливо, ця модель є незавершеною, і, можливо, ми насправді щось дізнаємось про ці чорні діри, що випромінюють гамма-промені", - сказав Груен. "Можливо, ці чорні діри живуть у більш масивних галактиках, ніж ми думали".
Більше даних про гамма-промені та гравітаційне лінзування допоможе команді відточити свою модель та краще інтерпретувати їхні карти Всесвіту. З моменту закінчення дослідження, DES зібрав у шість разів більше інформації про масове поширення Всесвіту, а супутник FERMI залишається одним із багатьох телескопів, що відстежують вибухи гамма-випромінювань. Подальше дослідження, що демонструє ще більш чіткі результати, повинно пройти протягом наступних кількох років, зазначив Груен.
