Темная материя может заряжать водород в Млечном Пути

Темная материя — таинственная, неизвестная субстанция, которую можно обнаружить только по ее воздействию на другую материю — похоже, вызывает сильные выбросы в центре галактики Млечный Путь. То, что видят ученые, может быть результатом совершенно новой формы темной материи.

«Энергетические сигнатуры, исходящие из этой части нашей Галактики, указывают на то, что существует постоянный, бурлящий источник энергии, который именно этим и занимается, — сказал Шьям Баладжи, член исследовательской группы Королевского колледжа в Лондоне, — и наши данные говорят о том, что источником этого может быть гораздо более легкая форма темной материи, чем предполагают современные модели».

Команда предлагает другую форму темной материи, что-то более легкое, чем WIMP (слабо взаимодействующие массивные частицы). Наиболее устоявшаяся теория для темной материи заключается в том, что это, скорее всего, WIMP.

Астрономы давно знают о сильных выбросах из сердца Галактики. Они исходят из области, называемой Центральной молекулярной зоной (ЦМЗ). Она окружает внутреннее ядро Галактики и кишит облаками молекулярного водорода. Некоторые газы в этой зоне движутся в космосе со скоростью сотни тысяч километров в час. Можно было бы ожидать, что такое место будет богато звездообразующей активностью, поскольку для звездообразования требуются молекулярные облака (часто называемые областями HII). Движения газовых облаков являются частью формулы создания звезд.

CMZ оказывается скорее зоной избегания, когда дело касается активности звездообразования. Тем не менее, она демонстрирует эту энергичную активность, которую описывает Баладжи. Что там происходит? Баладжи объяснил дилемму, с которой столкнулись астрономы, пытаясь понять эту странную область Млечного Пути. «В центре нашей Галактики находятся огромные облака положительно заряженного водорода, загадка для ученых на протяжении десятилетий, потому что обычно газ нейтрален», - сказал он. «Так что же поставляет достаточно энергии, чтобы выбить из них отрицательно заряженные электроны?»

Космические лучи кажутся одной из возможностей, но энергетических сигнатур в зоне недостаточно, чтобы объяснить их. Поэтому команда обратилась к темной материи. Они рассмотрели влияние WIMP. Частицы этого вещества могут проходить через обычную материю, и мы даже не узнаем об этом. Их просто очень трудно обнаружить. Затем команда предложила взаимодействие частиц с гораздо меньшей массой, чем WIMP. Эти крошечные частицы темной материи могут врезаться друг в друга. Результатом являются рои новых заряженных частиц. Этот процесс называется «аннигиляция». Полученные заряженные частицы будут достаточно энергичны, чтобы ионизировать водородный газ CMS.

Идея команды дает еще один инструмент в поисках и понимании темной материи. «Поиск темной материи является одной из важнейших задач фундаментальной науки», — сказал Баладжи. «Многие эксперименты проводятся на Земле, с протянутой рукой ожидая, когда темная материя придет к ним. Вглядываясь в центр нашего Млечного Пути, водородный газ в ЦМЗ предполагает, что мы можем приблизиться к выявлению доказательств возможной природы темной материи».

Темная материя известна только по ее влиянию на обычную материю (пока что). Самый известный эффект — гравитационный. Все, что имеет массу, оказывает гравитационное воздействие, и темная материя оказывает влияние на формирование галактики, удерживая ее «загнанной» в загон по мере ее движения в пространстве. У нашего Млечного Пути есть гало темной материи, которое делает это. Кроме того, темная материя удерживает скопления галактик вместе посредством гравитационного воздействия. Мы также видим ее влияние в гравитационном линзировании, и она сыграла роль в эволюции структуры во Вселенной. Итак, мы много знаем об этом веществе.

Однако это меркнет по сравнению с нашим пониманием того, чем является эта невидимая темная материя. Ученые предложили WIMP как одну из возможностей этого пока невидимого материала. Если доказательства, излучаемые CMZ, окажутся более слабой формой WIMP (или даже какой-то новой слабой темной частицей с малой массой), это объяснило бы выбросы и действительно открыло бы поиск всех форм темной материи.