Темную материю нельзя наблюдать непосредственно, так как она не поглощает, не отражает и не излучает свет, но мы знаем, что она существует благодаря влиянию, которое она оказывает на обычную материю. К примеру, эта таинственная субстанция необходима для объяснения гравитационных сил, удерживающих звезды и галактики вместе.
С 2014 года считалось, что темная материя ответственна за таинственные электромагнитные сигналы, ранее наблюдавшиеся от соседних галактик. Увы, исследование, опубликованное в журнале Science, опровергло эту теорию, перечеркнув большие надежды, что это излучение однажды даст физикам ключи к идентификации невидимой массы Вселенной.
Художественное представление гало темной материи, окружающего Млечный Путь. Credit: L. Calcada/ESO
Почти 20 лет назад астрофизики предположили, что темная материя может состоять из близкого родственника нейтрино, называемого стерильным нейтрино. Нейтрино – субатомные частицы без заряда и редко взаимодействующие с веществом – выделяются во время ядерных реакций, происходящих внутри звезд.
«Исследователи должны быть в состоянии обнаружить стерильное нейтрино, потому что оно нестабильно. Эта частица превращается в обычные нейтрино, производя электромагнитное излучение. Чтобы обнаружить темную материю, физики сканируют галактики в поисках этого излучения в рентгеновском диапазоне», – говорит Бен Сафди, соавтор исследования из Мичиганского университета.
Распадающаяся темная материя должна создавать яркий и сферический ореол рентгеновского излучения вокруг центра Млечного Пути, который можно было бы обнаружить, глядя в другие пустые области Галактики. Credit: Artistic rendering by Christopher Dessert, Nicholas L. Rodd, Benjamin R. Safdi, Zosia Rostomian (Berkeley Lab), based on data from the Fermi Large Area Telescope.
В 2014 году в результате оригинальной работы было обнаружено избыточное рентгеновское излучение от соседних галактик и галактических кластеров. Эмиссия, по-видимому, согласуется с той, которая возникает в результате распада стерильных нейтрино темной материи.
Теперь, метаанализ данных космического рентгеновского телескопа Европейского космического агентства «XMM-Newton», не нашел доказательств того, что стерильное нейтрино составляет темную материю.
«Наши результаты не говорят о том, что темная материя точно не состоит из стерильных нейтрино, но означают, что – вопреки идеи, озвученной в 2014 году – на сегодняшний день нет экспериментальных данных, указывающих на это», – сообщил Бен Сафди.
Постер к 15-летию работы «XMM-Newton». Credit: ESA/ignacio197
Космические рентгеновские телескопы указывают на богатую темной материей среду, опираясь на поиск слабого электромагнитного излучения. Открытие 2014 года заявляло, что рентгеновское излучение «линии 3,5 кэВ» (килоэлектронвольт) является признаком распада стерильного нейтрино в соседних галактиках.
Исследовательская группа приступила к поиску этой линии в Млечном Пути, используя 20-летние архивные данные телескопа «XMM-Newton». Физикам известно, что темная материя накапливается вокруг галактик, поэтому, когда в предыдущих анализах рассматривались близлежащие галактики и их кластеры, каждое из этих изображений могло захватить часть темной материи из окрестностей нашей Галактики.
Команда использовала эти изображения, чтобы посмотреть на «самую темную» часть Млечного Пути, что значительно улучшило чувствительность предыдущих анализов в поисках стерильных нейтрино темной материи.
Галактика Млечный Путь в представлении художника. Credit: ESO
Например, «XMM-Newton» получил снимки отдельных звезд в Млечном Пути. Исследователи взяли эти изображения и удалили объекты, представляющие первоначальный интерес, оставив нетронутые и темные среды, в которых можно было бы искать свечение распада темной материи. Объединение 20 лет таких наблюдений позволило исследовать гипотетическую «стерильно нейтринную» темную материю до беспрецедентных уровней.
Если стерильные нейтрино составляли бы темную материю и если их распад приводил бы к излучению линии 3,5 кэВ, астрофизики должны были наблюдать эту сигнатуру в своем анализе. Но они не нашли никаких ее признаков.
«Хотя эта работа, к сожалению, уничтожила то, что выглядело, как первое свидетельство микроскопической природы темной материи, она открывает совершенно новый подход к ее поиску, который может привести к открытию в ближайшем будущем», – заключили исследователи.
Источник: