В рамках последнего сверхточного анализа фона космического гамма-излучения ученые не нашли в нем никаких следов темной материи. Под гамма-фоном подразумеваются необъяснимые следы гамма-излучений, время от времени наблюдаемые по всем уголкам Вселенной. Изначально считалось, что гамма-лучи могут быть как-то связаны с не менее загадочной темной материей, однако последнее исследование говорит о том, что загадка гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд.

Сами гамма-лучи состоят из фотонов, видимых невооруженным глазом, однако эти фотоны обладают самым высоким запасом энергии среди всех типов фотонов, известных во Вселенной. Они обладают настолько высоким зарядом, что способны ионизировать вещество, например, изменять наши клетки. Отмечать наличие рассеянного гамма-фона ученые стали еще в 1960-х годах.

К настоящему моменту было обнаружено около 3000 внегалактических источников этого гамма-фона, однако число обнаруженных источников не соотносится с объемом этого самого наблюдаемого гамма-фона. На деле оказывается, что более 75 процентов гамма-лучей во Вселенной имеют неизвестные для нас источники.

Что же касается известных, то одним из них предположительно могут являться блазары – одно из самых энергетически мощных явлений во Вселенной, представляющее собой компактный квазар, связанный с гипотетической сверхмассивной черной дырой, расположенной в галактическом центре и высвобождающий невероятный объем электромагнитного излучения. Другими источниками являются пульсары и сверхновые. Однако все эти источники не могут объяснить такой объем фонового гамма-излучения.

Но ведь откуда-то этот фон должен все-таки браться? Ученые говорят, что «если бы мы обладали гамма-зрением и посмотрели в небо, то не нашли бы там ни одного темного места – настолько плотным является этот фон». Интерес он в первую очередь представляет тем, что, по мнению исследователей, этот гамма-фон может содержать отпечатки частиц темной материи, которая, в свою очередь, может оказаться ответом на другой, не менее важный вопрос – почему количество видимой материи не соотносится с тем объемом гравитации, которая имеется во Вселенной?

Именно гипотетическая темная материя – вид материи, который невидим из-за того, что она не взаимодействует с электромагнитным излучением, — может объяснить нам, почему во Вселенной имеется столько лишней гравитации. Беда опять же в том, что эту темную материю никто не видел. Но она там есть, потому что своей гравитацией она воздействует на галактики.

Ученые считают, что если темная материя сможет объяснить количество гравитации во Вселенной, то, вполне возможно, она сможет объяснить и другие странные вещи вроде количества фонового гамма-излучения.

Чтобы посмотреть, сработает ли это, группа ученых из Амстердамского университета под руководством Маттиа Форназы, используя мощные телескопы, включая Космический гамма-телескоп Ферми NASA, провели сканирование гамма-фона в поисках колебаний, которые могли бы навести исследователей на их источник. В общей сложности ученые проанализировали данные, собранные телескопом Ферми за 81-месячный период.

Изучая эти колебания, ученые обнаружили, что гамма-фон в общем состоит из двух типов гамма-излучения: того, что идет от высокоэнергетических источников, и того, что идет от низкоэнергетических источников.

Откуда именно?

На базе анализа ученые нашли свидетельства, указывающие на то, что источником высокоэнергетического гамма-излучения могут быть еще не обнаруженные блазары – гипотеза существования этих объектов в настоящий момент изучается несколькими независимыми группами исследователей.

В то же время источник низкоэнергетического излучения по-прежнему остается загадкой. Однако команда отмечает, что этими источниками не могут являться блазары, пульсары и сверхновые. Как и темная материя. По крайней мере так говорят комплексные компьютерные симуляции. Они показывают, что аннигиляция или другие виды коллапсов темной материи не могут играть какую-то ни было роль в создании гамма-фона.

«Наши измерения дополняют исследования других научных групп, которые пытались использовать гамма-лучи для поиска темной материи. Результаты анализа показывают, что в изотропном гамма-фоне не содержатся следы воздействия на гамма-излучение темной материи», — говорит Форназа.

Исследование амстердамских ученых было принято к публикации в ближайшем номере Physical Review D. В настоящий момент вся информация об этом исследовании находится в электронной библиотеке arXiv.org.