Загадочное гамма-излучение из центра Галактики может оказаться тёмной материей

В самом сердце Млечного Пути — на расстоянии около 26 000 световых лет от Земли — что-то светится гамма-лучами. Причём светится не точечно, а диффузно: сферическое свечение простирается на тысячи световых лет от центра Галактики во все стороны. Это явление, известное как «Галактический центральный избыток» (Galactic Center Excess, GCE), бьёт учёных с 2009 года.

Новое исследование международной группы из Венского университета и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (США), опубликованное в журнале Physical Review Letters, вновь открывает дискуссию об источнике этого свечения — и возвращает в игру один из самых захватывающих вариантов: тёмную материю.

Два претендента на источник свечения

На протяжении десяти лет в науке доминировала конкурирующая с тёмной материей гипотеза: гамма-лучи испускают миллисекундные пульсары — очень старые, быстро вращающиеся нейтронные звёзды. Пульсаров в центре Галактики достаточно много, и суммарное излучение сотен или тысяч из них вполне могло бы дать наблюдаемую картину.

Альтернативное объяснение — тёмная материя. Если тёмная материя состоит из особого типа частиц, способных аннигилировать при столкновении с себе подобными, такая аннигиляция должна порождать именно гамма-лучи. В центре Галактики плотность тёмной материи наиболее высока — идеальное место для подобных событий.

Проблема в том, что прямых доказательств нет ни у одной из гипотез.

Машинное обучение меняет картину

Исследовательская группа под руководством Флориана Листа разработала новый метод на основе машинного обучения: нейронную сеть обучили на более чем миллионе симулированных гамма-наблюдений. Ключевое новшество — впервые одновременно учитывались и пространственные, и энергетические характеристики источников.

Предыдущие анализы, фокусировавшиеся преимущественно на пространственном распределении, указывали на относительно яркие точечные источники (пульсары) как на вероятный источник избытка. Включение энергетической информации меняет вывод кардинально: если источник GCE — пульсары, их должно быть не менее 35 000 в центре Галактики. Это в разы больше, чем предполагали предыдущие модели (несколько сотен — несколько тысяч).

Столь высокое требуемое число пульсаров делает пульсарную гипотезу значительно менее убедительной. И это автоматически повышает относительную состоятельность тёмной материи.

«Происхождение Галактического центрального избытка — один из самых давних споров в астрофизике», — говорит Лист. — «Наша работа не показывает, что тёмная материя ответственна за сигнал. Однако она предполагает, что ещё слишком рано исключать такую возможность».

Почему так сложно разобраться

Наблюдать центр Галактики — задача нетривиальная. «Интерпретация сигнала особенно затруднена, потому что Галактический центр — исключительно яркая и загруженная область гамма-неба», — пояснил Лист. Газ, пыль, магнитные поля и ионизированные структуры экранируют сигналы, искажают их и накладываются друг на друга.

Именно поэтому масштабный машинный анализ миллионов симуляций, одновременно учитывающий несколько аспектов данных, дал принципиально иной результат по сравнению с ранее применявшимися методами.

Читайте также по теме: космических исследованиях и защите Земли.

Пока тёмная материя остаётся лишь «правдоподобным объяснением», а не доказанным фактом. Для окончательного ответа потребуются будущие инструменты высокого разрешения — например, гамма-телескоп следующего поколения AMEGO-X или Cherenkov Telescope Array, которые должны дать изображения центра Галактики с недостижимой сегодня чёткостью.