Тъмната материя отново се изплъзва

Тъмната материя е най-значимата и загадъчна "материална" съставка на нашата Вселена. Той съставлява до 85% от цялата гравитираща маса на Вселената, но все още се противопоставя на опитите да бъде открита директно. Тъмната материя е присъствала в ранните епохи на Вселената и е са допринесла за образуването на галактики, а сега тя "закрепва" съдържанието им чрез гравитацията - това е практически всичко, което се знае достоверно за нея.

Един от кандидатите за ролята на тъмната материя са така наречените частици „вимп“ (WIMPs, weakly interacting massive particles), или слабо взаимодействащи масивни частици. Те може да се образували веднага след Големия взрив, когато енергията на частиците е надхвърляла всичко, което може да се постигне в колайдерите, а след охлаждане да образуват стабилни купове с размерите на галактика. Според едно от предположенията частиците на тъмната материя може да са фермиони на Майорана и да се унищожават помежду си (анихилират) - тогава те биха могли да бъдат открити по разсеяното гама-лъчение, идващо от области с висока концентрация (тоест центровете на галактиките).

Подобно лъчение е открито при анализа на данни от космическия телескоп „Ферми“, изследвал небето в гама-лъчи. Излишък от лъчение с енергия от около два гигаелектронволта идва от няколко централни килопарсека на Млечния път и се концентрира към неговия център. Не било възможно напълно да се обясни този излишък с помощта на известни явления и учените многократно се опитвали да го свържат с анихилацията на тъмната материя.

Тъмната материя може да се крие в сърцето на древни черни дупки

Тук на астрономите не им било лесно. Масата на частиците на тъмната материя не е известна и енергията на лъчениеето от тяхната анихилация може да е всякаква - в диапазона от няколко килоелектронволта до стотици гигаелектронволта (енергията на видимата светлина е два-три електронволта, а лъчението в медицински рентгенов апарат е десетки килоелектронволта). Идентифицирането на техния сигнал сред много други процеси е подобно на търсене на игла в купа сено, особено в такъв бурен и неизследван регион като центъра на Галактиката.

Екип учени начело с Анудж Гаутам от Австралийския национален университет са изследвали възможните механизми за формиране на пулсари, които могат да създават излишък от гама-лъчение. Оказало се, че може да го изпуска неизвестна досега популация от неутронни звезди, които съществуват в центъра на Млечния път.

Неутронните звезди, едни от най-екстремните обекти в Космоса, имат много начини да изпускат високоенергийно лъчение и се намират в изобилие в центъра на Галактиката. Те обикновено се образуват при експлозии на свръхнови, а пулсарите с кратък период на въртене са способни да генерират точно това лъчение, която е открито при анализа на данните от „Ферми“. Но предишните опити да бъдат привлечени към това срещнали трудности.

Пулсарите рядко се виждат директно от това разстояние, но масивните звезди често съществуват в множество системи. Тяхната популация, достатъчна за образуване на необходимия брой пулсари, би довела и до прекалено много рентгенови двойни звезди, а те биха били ясно видими в центъра на Галактиката. Освен това, когато се раждат при експлозия на свръхнова, пулсарите често получават мощно изтласкване и отлитат в произволна посока. Такива пулсари просто не биха могли да се "тълпят" в центъра на Млечния път.

Откъде се взе толкова много тъмна материя във Вселената?

И все пак предполагаемият спектър на пулсарното лъчение прекалено добре съвпада с наблюдавания спектър, за да се отклони от това обяснение. Учените са проверили дали други механизми са способни да произвеждат достатъчно пулсари и един от тях наистина се появил - колапсът на тежки бели джуджета, които влизат в състава на двойни звезди.

Обикновено поглъщането от бяло джудже на материята на звездата спътник води взривове на нови. Когато бялото джудже „преяде“, водородът на повърхността му експлодира и се разсейва в Космоса, след което акрецията се възобновява.

Но част от продуктите на реакцията остават на повърхността на бялото джудже, затова този процес може да не се повтаря вечно, а само докато се достигне границата на Чандрасекар. Приближаването до него е придружено от толкова силно сгъстяване и нагряване на веществото на бялото джудже, че предизвиква термоядрена реакция в цялата му маса.

Какво ще се случи след това, зависи от състава на бялото джудже: колкото по-леки елементи съдържа, толкова повече енергия се отделя по време на експлозията. Въглеродно-кислородните бели джуджета се взривяват изцяло, превръщайки се в свръхнови от тип I, докато кислородно-неоновите джуджета, чиято взривна енергия е недостатъчна за пълното разлитане на тяхното вещество, колапсират в пулсари.

Оказало се, че в центъра на Млечния път може да се натрупат достатъчно от тези пулсари, че да елиминират несъответствието между прогнозираното гама-лъчение и наблюдаваното, и в същото време да обяснят дифузното микровълново лъчение, изхождащо от центъра на Галактиката.

По такъв начин тъмната материя отново се изплъзва и цялото ни знание за нея както преди е ограничено до косвени признаци. Търсенето на игла в купа сено продължава и води до появата на все повече нови знания за самата купа сено.

ВИЖТЕ ОЩЕ: Тъмната материя – беглец от други измерения?