Если Вселенную действительно заполняет темная материя, мы могли бы зафиксировать порождаемое ей гамма-излучение. Но сделать это пока никак не удается.

Fermi на орбите: взгляд художника
Глазами Fermi: Вселенная в гамме-диапазоне (яркая полоса в центре — Млечный Путь)

Гибель крупных звезд с образованием черных дыр, столкновение двух черных дыр — эти события, одни из самых масштабных в современной Вселенной, столь мощны, что они должны потрясать само пространство-время, порождая гравитационные волны, распространяющиеся по космосу. О том, как ученые — пока безуспешно — пытаются зафиксировать эти удивительные волны читайте в статье «Охота за нарушителями всего».

Но кроме того, они должны приводить и к огромному выбросу частиц нейтрино, уловить которые хотя и удается, но с крайним трудом. Как известно, нейтрино обладают ничтожно малой массой, и при этом с обычной материей «общаются» лишь посредством гравитационного и слабого взаимодействий — на деле, практически не взаимодействуют с ней. На самом деле, лишь однажды удалось достоверно уловить нейтрино, пришедшие извне Солнечной системы, когда — примерно четверть века назад — астрономы следили за взрывом сверхновой SN1987A. Но все-таки, в сравнении с гравитационными волнами, нейтрино весьма просты в наблюдениях, ведь на поиски этих волн потрачены многие миллионы, для них созданы сложнейшие и остроумнейшие системы — и пока безо всякого результата.

При этом в коллапсах гигантских звезд и столкновениях черных дыр имеется и еще один интересный момент — гамма-излучение, потоки фотонов очень высокой энергии, выбрасываемые в ходе таких событий. Ну а когда речь заходит о гамма-излучении Вселенной, нельзя не вспомнить об орбитальном телескопе Fermi, который помогает его исследовать уже три года (о нем читайте в заметке «Гамма-небеса»). В самом деле, Fermi видит небеса так, как никто другой; в его глазах Вселенная не черна, как бездна, а заполнена сиянием. Примерно 70% этого распыленного свечения создается при столкновении свободных частиц космических лучей с частицами в пределах нашей галактики, и лишь 30% приходят из более далеких областей Вселенной. Источник и природу этих фотонов мы зачастую совершенно не знаем.

На этом гамма-фоне выделяются еще более яркие объекты — как правило, совсем не те, которые предстают видимыми нашему зрению. Изредка Fermi удается увидеть мощные локальные всплески, далекие и краткие, которые на самом деле свидетельствуют о самых ярких событиях во Вселенной. Каждая такая вспышка, по расчетам, в секунду выбрасывает больше энергии, чем Солнце за все время своего существования — видимо, именно их порождают коллапсы гигантских звезд или столкновения черных дыр. Так что гамма-всплески дают ученым редкую возможность исследовать эти масштабные катастрофы.

К настоящему времени Fermi зафиксировал несколько сотен подобных событий разной степени интенсивности, причем с очень большим разбросом в энергии, в пределах шести порядков. Самый мощный гамма-всплеск наблюдался 10 мая 2009 г., создавший фотоны с энергией 31 ГэВ, самые высокоэнергетические, какие нам когда-либо удавалось улавливать из космоса.

Но едва ли не больший интерес представляют проводимые с помощью телескопа Fermi работы по поиску темной материи. Напомним, что эта гипотетическая субстанция не испускает излучения и не взаимодействует с ним, и вообще не вступает с обычной материей ни в какой вид фундаментальных взаимодействий, кроме гравитационного. Однако, теория говорит, что ее во Вселенной куда больше обычной материи — в несколько раз. Кроме того, по некоторым расчетам, частицы темной материи (что они представляют собой, также совершенно неизвестно) должны, распадаясь, порождать гамма-фотоны. Более того, фотоны эти должны колебаться с определенной специфической частотой, и поиски таких частиц, разумеется, ведутся и с помощью Fermi.

Увы — никаких свидетельств их пока не обнаружено, о чем сообщили недавно работающие в этом направлении ученые. Ожидалось также, что характерные гамма-фотоны будут найдены в карликовых галактиках, в которых темная материя должна превалировать, но и на этом пути пока нет никаких результатов. Эти невеселые новости еще предстоит осмыслить — прежде всего, поняв, в чем тут проблема. То ли мы неверно представляем себе поведение темной материи, то ли некорректно ведем наблюдения. То ли ее действительно нет, и те эффекты, по которым так элегантно предположено ее существование, объясняются чем-то иным. Благо, в альтернативных версиях недостатка не наблюдается — назовем хотя бы Модифицированную ньютоновскую динамику, о которой можно прочесть в нашей заметке «Мода на МОНД».

По публикации Physics ArXiv Blog