У науковому журналі Physical Review Letters опубліковано дослідження китайських астрофізиків, у якому заявлено про виявлення гамма-сигналу, який, на думку авторів, може стати першим прямим свідченням існування темної матерії — невидимого компонента Всесвіту, на частку якого припадає близько 85% його загальної маси. Сигнал було виявлено під час аналізу 15,5-річного масиву даних, зібраних гамма-телескопом, і, за твердженням дослідників, його спектральний профіль точно відповідає прогнозам провідної моделі слабовзаємодіючих масивних частинок (WIMP). Якщо інтерпретація підтвердиться, це стане переломним моментом у фізиці елементарних частинок та космології, оскільки темна матерія десятиліттями залишалася об'єктом лише непрямих гравітаційних висновків.

Невидима маса Всесвіту: що відомо про темну матерію

Темна матерія не випромінює, не поглинає та не відбиває електромагнітне випромінювання в жодному діапазоні, що робить її принципово невидимою для телескопів, що працюють в оптичному, радіочастотному або рентгенівському спектрі. Єдиним способом виявити її присутність залишаються гравітаційні ефекти: аномальна швидкість обертання зірок на периферії галактик, лінзування світла, динаміка скупчень галактик. Жоден із цих методів не дозволяє «побачити» частинку темної матерії напряму. Саме тому будь-яке пряме або напівпряме свідчення її існування розглядається науковою спільнотою як подія виняткового значення.

Гамма-сигнал і теорія WIMP: як частинка видає себе

Провідна в сучасній космології гіпотеза припускає, що темна матерія складається зі слабовзаємодіючих масивних частинок — WIMP. Ці частинки практично не реагують ні на електромагнітну, ні на сильну ядерну взаємодію, тому їх неможливо зафіксувати через звичайне світло або зіткнення з атомними ядрами. Однак теорія прогнозує, що при зіткненні двох WIMP-частинок одна з одною відбувається їх анігіляція з виділенням вторинного випромінювання, зокрема гамма-квантів певної енергії. Саме такий «відбиток» — різкий спектральний сплеск на характерній лінії — і зафіксували китайські дослідники в даних гамма-телескопа. Автори підкреслюють, що розраховане співвідношення сигналу до шуму на порядки перевищує поріг, при якому результат можна було б пояснити приладовою похибкою.

Суперечливі дані

У первинних матеріалах, на які посилаються українські та російські ЗМІ (РБК-Україна, Новини, Rambler, Правда.ру), присутня суттєва неузгодженість у назві приладу. У тексті дослідження, цитованому джерелами, телескоп позначений як «Fermi (FGST)». Тим часом Fermi (Gamma-ray Space Telescope, запущений NASA у 2008 році) та FGST (китайський гамма-телескоп) — це два принципово різні космічні апарати. Якщо дані дійсно отримані з Fermi, то 15,5-річний масив до 2026 року є цілком реалістичним; якщо ж йдеться про FGST, хронологія та обсяг даних потребують окремої верифікації. Жодне з чотирьох перевірених джерел не дозволяє однозначно визначити, який саме прилад використано. Крім того, наукова спільнота нагадує, що аналогічні «переконливі» гамма-сигнали фіксувалися раніше в центрі Чумацького Шляху та в низці скупчень галактик, однак згодом їхня інтерпретація як наслідку анігіляції темної матерії не отримала консенсусного підтвердження. Автори нового дослідження усвідомлюють це та зазначають, що їхній сигнал виявлено в кількох незалежних скупченнях, що знижує ймовірність локальної аномалії, проте остаточний вердикт буде винесено лише після повторних спостережень.

Перспективи: подвоєння даних до 2040 року та нові телескопи

Космічний гамма-телескоп продовжує роботу, і, за оцінками операторів, до 2040 року обсяг накопичених даних зросте приблизно вдвічі, що дозволить підвищити статистичну значущість виявленого сигналу та уточнити його спектральний профіль. Окрім цього, найближчими роками кілька міжнародних космічних агентств планують запуск гамма-обсерваторій нового покоління з вищою кутовою та енергетичною роздільною здатністю. Саме ці апарати зможуть остаточно підтвердити або спростувати, чи є зафіксований гамма-сплеск першим реальним «контактом» людства з темною матерією. До того часу наукова спільнота дотримується позиції обережного оптимізму: публікація в Physical Review Letters означає, що робота пройшла суворе рецензування, проте статус «беззаперечний доказ» у фізиці елементарних частинок закріплюється лише після незалежного відтворення результату іншими групами.