Тёмная материя состоит минимум из двух типов частиц с разным поведением в зависимости от космической среды — физики Fermilab

Ученые-теоретики из Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) выдвинули новую научную гипотезу, согласно которой темная материя состоит не из одной фундаментальной частицы, а минимум из 2-х различных компонентов с небольшой разницей масс. Авторы концепцим Ашер Берлин и его коллеги, опубликовали в научном издании Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) статью, которая направлена на разрешение расхождений в астрофизических наблюдениях за гамма-излучением в разных участках Вселенной и дает объяснение, почему признаки аннигиляции темной материи фиксируются в ядре Млечного Пути, но отсутствуют в карликовых галактиках.

Традиционные методы поиска невидимой массы Вселенной строились на предположении, что она состоит из частиц одного типа, поведение которых одинаково в любых условиях. Ожидалось, что при столкновении и аннигиляции таких частиц должно выделяться гамма-излучение. Подобный избыток гамма-фотонов уже длительное время фиксируется космическим телескопом NASA «Fermi» в центральной части Галактики. Однако подобные сигналы не обнаруживаются в карликовых галактиках, которые также обладают высокой плотностью темной материи. Ранее это несоответствие ставило под сомнение гипотезу о том, что излучение связано именно со скрытой массой.

В новой работе физики Ашер Берлин, Джошуа Фостер, Дэн Хупер и Гордан Крньяич представили иной подход. Они разработали модель, в которой темная материя описывается не одной частицей, а двумя тесно связанными состояниями: более легким и немного более тяжелым. Чтобы произошла аннигиляция с последующим выбросом гамма-квантов, частицы в легком состоянии должны обладать достаточной кинетической энергией для перехода в тяжелую форму перед взаимодействием.

Такой механизм напрямую зависит от космической среды. В крупных звездных системах, сопоставимых по массе с Млечным Путем, частицы перемещаются с высокими скоростями. Это дает им необходимую энергию для изменения состояния и последующей аннигиляции. В небольших карликовых галактиках кинетическая энергия частиц значительно ниже. В результате они движутся медленнее, не могут перейти в тяжелое состояние, и процесс выработки гамма-излучения практически полностью останавливается.

Предложенная физиками-теоретиками концепция показывает, что отсутствие ожидаемого отклика в одних регионах космоса не является доказательством ошибочности наблюдений в других. Разница в физическом поведении обусловлена исключительно локальными характеристиками окружающей среды и скоростями частиц в различных гравитационных системах. Гипотеза с двумя компонентами переосмысливает текущие методы идентификации скрытой массы. В будущих наблюдательных программах астрофизикам потребуется учитывать динамику компонентов темной материи и параметры конкретных скоплений, вместо поиска унифицированных маркеров по всей Вселенной.

Источник: phys.org