2850
У центрі Чумацького Шляху вже понад десятиліття фіксують загадковий надлишок гамма-випромінювання. Новий аналіз цих даних показує, що пояснення за участю самознищувальної темної матерії досі не можна виключати, повідомляє Universe Today.
Надлишок отримав назву Galactic Center GeV Excess (GCE) — «геліоцентричний надлишок у діапазоні ГеВ». Його вперше виявив космічний телескоп гамма-променів Fermi у 2009 році. Відтоді астрономи намагаються з’ясувати, що саме генерує цю додаткову енергію в околицях надмасивної чорної діри Стрілець A*.
Можливі джерела: від пульсарів до темної матерії
Було запропоновано кілька гіпотез. Частина дослідників вважає, що надлишок створюють численні пульсари — надщільні залишки вибухів наднових, які випромінюють потужні пучки випромінювання. Інші пов’язують GCE з надзвичайно щільним зоряним населенням у центрі Галактики або з активністю самої надмасивної чорної діри.
Ще одна можливість — темна матерія. Якщо її частинки є власними античастинками, вони можуть взаємно анігілювати, випромінюючи гамма-промені. Такі частинки часто описують як слабковзаємодіючі масивні частинки (WIMPs), але і вони, і сама природа темної матерії поки що залишаються суто теоретичними.
Нове дослідження, опубліковане в журналі Physical Review Letters, має назву «Energy Distribution of the Galactic Center Excess’s Sources» («Розподіл енергії джерел надлишку в центрі Галактики»). Його провідний автор — Флоріан Ліст (Florian List) з Віденського університету.
Автори пишуть, що GCE «може ще стати провісником відкриття анігілюючої темної матерії». Водночас вони наголошують: зробити однозначний висновок складно, оскільки центр Галактики — це надзвичайно яскравий і «перенаселений» регіон на гамма-небі, де багато різних джерел випромінювання накладаються одне на одне.
Чому попередні оцінки пульсарів могли бути заниженими
Раніше статистичний аналіз даних Fermi вказував, що надлишок, ймовірно, створюють яскраві, але нерозв’язані точкові джерела — тобто пульсари. За такої інтерпретації потрібно близько тисячі й більше мілісекундних пульсарів у центральній частині Чумацького Шляху, але більшість із них надто тьмяні, щоб їх можна було побачити окремо.
Однак ці роботи не враховували, як підкреслюють Ліст і його колеги, одну критично важливу деталь: точні енергетичні значення окремих гамма-квантів. У новому дослідженні команда розробила метод машинного навчання, який спеціально тренували на енергіях понад мільйона змодельованих гамма-фотонів.
Цей підхід дозволив вперше одночасно аналізувати і просторовий розподіл випромінювання, і його спектр — тобто енергетичний склад. «Ми демонструємо, що підхід на основі нейронної мережі та моделювання може спільно аналізувати просторові та спектральні дані», — пишуть автори.
Результат виявився несподіваним: з урахуванням енергії фотонів потенційні точкові джерела стають значно тьмянішими. Це означає, що або надлишок справді має дифузну природу, або ж він складається з винятково великої кількості окремих джерел.
Якщо припустити, що це мілісекундні пульсари, їх має бути щонайменше 35 000. Це на порядки більше, ніж кілька сотень чи тисяч, які раніше вважалися достатніми. Прямого «перепису» таких об’єктів немає — вони надто слабкі й важко розрізняються. Але численні моделі вказували на значно меншу їхню кількість.
«Якщо надлишок зумовлений точковими джерелами, наша медіанна оцінка становить порядку 10⁵ джерел, або понад 35 000 з довірчою ймовірністю 90% — це на порядки більше, ніж сотні, які віддавали перевагу попередні аналізи», — зазначають дослідники.
Темна матерія залишається в грі
Походження GCE залишається однією з найупертіших загадок сучасної астрофізики. Автори нової роботи не стверджують, що розв’язали її. Вони наголошують інше: аргументи на користь того, що надлишок створюють саме пульсари, стали слабшими, а сценарій з анігіляцією темної матерії — знову набув ваги.
Завдяки врахуванню енергій окремих фотонів розподіл кількості джерел стає практично не відмінним від того, який очікують від випромінювання темної матерії. На думку авторів, це підриває «один із ключових доказів на користь гіпотези точкових джерел».
«Походження надлишку в центрі Галактики — одна з найдовших дискусій в астрофізиці», — каже Ліст. «Наша робота не показує, що за сигнал відповідає темна матерія. Однак вона свідчить, що ще надто рано відкидати таку можливість».
Дослідники підсумовують, що попри складність задачі, прогрес можливий, а методи машинного навчання стають потужним інструментом, який допомагає долати давні обмеження в аналізі космічних даних.
Нове моделювання не відкидає темну матерію в центрі Галактики з’явилася спочатку на Цікавості.
