Темная материя концетрируется в нашей Галактике

Где и как концентрируется темная материя? Как обнаружить эту реальность, проявляющуюся в экспериментальных наблюдениях? Американские ученые предполагают, что у этой субстанции может быть не только "пассивная", но и "активная" часть, выявляемая посредством прямых наблюдений. И самое близкое место ее локализации — гало галактики Млечный Путь.

Напомню, что основная трудность в исследовании темной материи состоит в том, что ее составляющие частицы подобны недружелюбным соседям — они преимущественно не взаимодействуют друг с другом! Но если предположить, что хотя бы малая толика частиц темной материи живет по другим правилам, появляется надежда исследовать ее природу.

Интригующую загадку темной материи двадцатый век передал двадцать первому. Ее существование подтверждено наблюдениями, а знания о наличии темной материи радикально изменили представления о составе Вселенной. Теперь он таков: 74 процента — темная энергия, 22 процента — темная материя, и только оставшиеся четыре процента составляет привычное нам барионное вещество: 3,6 процента, собственно львиная доля, отдано межгалактическому газу, и только 0,4 процента — красавицам звездам! Темная материя, о которой размышляют космологи, пока неуловима, но рождается масса предложений о том, как поймать и идентифицировать ее.

Итак, появилась смелая гипотеза о том, что малая часть темной материи нарушает основное правило "невзаимодействия" ее частиц. В современной космологии принято считать, что темной материи в космосе гораздо больше, чем обычной барионной, то есть привычного нам вещества. Однако в масштабах, которые менее галактических пределов, они не имеют влияния друг на друга из-за слабого взаимодействия. Новая работа Лизы Рэндалл в составе авторского коллектива из Гарвардского университета (США) выдвигает предположение о том, что слабо взаимодействующие между собой частицы могут составлять лишь часть темной материи. При этом усложняется представление о самой этой загадочной субстанции, но появляется возможность попытки обнаружения ее по ее "активной" части.

Будущая миссия Европейского космического агентства (ESA) "Гайя", готовящаяся к старту, должна осуществить широчайший массив исследований, в частности, пролить свет на возможность существования гипотетических сильно взаимодействующих частиц темной материи.

Принимая во внимание имеющиеся данные по гало галактики Млечный Путь и находящейся в нем возможной доле темной материи, Лиза Рэндалл с коллегами предположили, что примерно пять процентов от количества темной материи в гало способно взаимодействовать с барионной материей так же, как ее частицы взаимодействуют друг с другом. Из этого предположения следует, что при взаимодействии частицы должны рассеивать энергию при сохранении момента импульса во время вращения гало вокруг галактического центра. Это явление, по мнению авторов, приводит к формированию тонкого диска, подобного видимому галактическому.

Поскольку такой диск из темной материи будет содержать аналоги протонов и электронов в составе темной материи, взаимодействующие посредством гипотетического аналога электромагнетизма, они должны образовывать полные аналогиатомов состава этой субстанции. При осуществлении моделирования неизвестные ядерные силы не были включены в модель. Соответственно, не обсуждалось образование звезд из темной материи.

Однако эта пока фантастическая гипотеза обладает захватывающим очарованием и, возможно, когда-нибудь будет реализована в процессе развития знаний о темной материи. Один из авторов работы, Мэтью Риис высказал смелое предположение о возможностях неуловимой темной материи формировать аналоги иерархических космических образований, подобных барионным. В русле этого предположения Мэтью Риис высказался весьма осторожно: "Вопрос о том, могут ли существовать формы жизни, состоящие из темной материи, не кажется полностью исключенным". Возможно, просто хочется предположить, что доминантная часть Вселенной способна на нечто подобное нашей ноосфере, возникшей на крошечной планете в небольшой Солнечной системе. Но пока проверочных методов не существует, крылатая идея остается в области фантазий.

Для предполагаемого тонкого диска темной материи, которому свойственны принципиальные отличия от гало темной материи, методы проверки гораздо более реальны и их осуществление возможно. Эти методы предсказаны в более ранних работах. Их проверки будут опробованы в будущих космических миссиях. Первая из них — ожидаемая "Гайя", миссия Европейского космического агентства. Теоретическое обоснование таково: будущие данные "Гайи" должны быть проанализированы для поиска отличий гравитационного влияния тонкого уплощенного диска от тяготения более сфероидального галактического гало.

Второй способ проверки связан с аннигиляцей частиц. Если темная материя взаимодействует, как и обычная барионная, то гамма-лучи, следы аннигиляции таких специфичных частиц будут сильно отличаться от тех, что сейчас наблюдаются детекторами космического базирования — "Ферми", PAMELA и AMS-02. Гамма-лучи должны приходить только из тех областей гало, где расположен тонкий диск темной материи. В случае гало область гораздо более широкая. Предположительно, так можно выявить с помощью гамма-лучей источники, их породившие.

Распределение гамма-излучения от аннигиляции сильно взаимодействующих частиц темной материи тоже способно выдать расположение диска. Есть предположение о попытках поймать взаимодействие обычных частиц с частицами темной материи на подземных детекторах. Полагают, что это возможно только в том случае, если диск темной материи и таковой из обычной материи Галактики совпадают, что не представляется обязательным условием. Если же эти диски расположены взаимно перпендикулярно по отношению друг другу, то на Земле обнаружить взаимодействие частиц темной материи не удастся.

Все вышеизложенное пока не подтверждено данными наблюдений. Но гипотезы всегда предшествуют множеству открытий, намечая путь поисков верных решений.

Целесообразность гипотезы очевидна: пусть темная материя инертна к активным взаимодействиям и очень слабо взаимодействует между собой, это не исключает предположения, что малая часть ее состава выявится во взаимодействии, обнаружив свое существование.