Ни одна из гипотез о темной материи не проходит проверку
Академик РАН Андрей Быков рассказал о том, что сегодня известно о темной материи — загадочной субстанции, которая составляет большую часть массы Вселенной, но до сих пор не была напрямую обнаружена. По словам ученого, сомнений в её существовании у физиков уже нет, но ни одна из гипотез о ее природе пока не получила убедительного подтверждения.
Темная материя нужна, чтобы объяснить, как устроена Вселенная: без нее не сходятся расчеты движения галактик, формирования скоплений и крупномасштабной структуры космоса. Если учитывать только обычное вещество — звезды, газ, пыль, — его просто не хватает, чтобы объяснить наблюдаемое движение галактик и их скоплений.
Одна из самых популярных идей последних десятилетий — WIMP-частицы, или слабо взаимодействующие массивные частицы. Они считаются одними из основных кандидатов на роль частиц темной материи. WIMP-ы почти не взаимодействуют с обычным веществом, но могут проявлять себя косвенно: в некоторых моделях такие частицы при столкновениях друг с другом аннигилируют, рождая другие частицы — позитроны или гамма-кванты, — которые уже можно попытаться зарегистрировать приборами.
Именно такие сигналы ученые пытались найти в космических лучах и гамма-излучении. В частности, группа Андрея Быкова участвовала в анализе данных эксперимента Pamela и орбитальной обсерватории Integral, которая более 20 лет строила карту аннигиляции позитронов в нашей Галактике. В центре Млечного Пути действительно наблюдается яркое пятно, связанное с аннигиляцией позитронов, однако его форма и протяженность не совпадают с тем, как, по расчетам, должна быть распределена темная материя в Галактике.
Это означает, что источник позитронов может быть другим. Одна из рабочих альтернатив — вспышки сверхновых. При взрывах массивных звезд образуются нестабильные ядра, которые при распаде испускают гамма-кванты и позитроны. Если таких вспышек достаточно много, сигнал можно объяснить и без темной материи.
Параллельно снижается энтузиазм вокруг массивных частиц в диапазоне гига- и тераэлектронвольт: современные ускорители пока не находят ничего похожего. На этом фоне все больше внимания привлекают другие кандидаты — например, аксионы, чрезвычайно легкие частицы с очень большой длиной волны. Компьютерные модели с такими частицами тоже способны воспроизводить крупномасштабную структуру Вселенной.
По словам Быкова, сейчас в области темной материи нет единой теории. Существует широкий спектр идей, и задача науки — не выбирать самую красивую гипотезу, а смотреть, какие модели действительно совпадают с тем, что мы видим в наблюдениях. Именно так, шаг за шагом, и происходит движение к ответу на один из главных вопросов современной физики: из чего на самом деле состоит Вселенная...
