Американские физики-теоретики Дэн Хупер (Dan Hooper) и Тим Линден (Tim Linden) из Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми показали, что тёмная материя может связать между собой неожиданные сигналы космической обсерватории «Ферми» и спутника WMAP.

Речь идёт об обнаруженных космическими аппаратами выделенных компонентах гамма-излучения и микроволнового излучения, локализованных в центральной области Млечного Пути.

Тот компонент, который нашёлся в данных «Ферми», мы уже обсуждали в 2009-м. Замеченный телескопом поток гамма-лучей сконцентрирован в радиусе ~0,5˚ от центра Галактики, а спектр этого излучения имеет чёткий пик в области 2–4 ГэВ. Хотя за появление такого компонента могут отвечать некие «обычные» астрофизические источники (незарегистрированная популяция миллисекундных пульсаров), представить его как результат аннигиляции частиц тёмной материи, вимпов, гораздо проще.

Частицы должны иметь массу 7,3–9,2 ГэВ и аннигилировать с образованием тау-лептонов τ+τ– или, возможно, других лептонов.

Рис. 1. Результаты гамма-обзора всего неба, который был выполнен «Ферми». Центральная яркая полоса — это Млечный Путь. (Иллюстрация НАСА).

Если наблюдаемый гамма-сигнал действительно связан с аннигиляцией вимпов, то во внутреннюю область Галактики должны поступать энергетичные электроны и позитроны. Они будут терять энергию в результате обратного комптоновского рассеяния, а также при испускании синхротронного и тормозного излучения. При этом гигаэлектронвольтовые электроны и позитроны, движущиеся в магнитном поле с индукцией в 10–100 мкГс, дают синхротронное излучение на гигагерцевых частотах, попадающих в область наблюдения тех аппаратов, которые заняты изучением космического микроволнового фонового излучения.

WMAP относится именно к таким спутникам, и ему, что любопытно, удалось зарегистрировать некоторое превышение потока микроволнового излучения в радиусе 20˚ от центра Млечного Пути.

Стандартные астрофизические объяснения этого эффекта не слишком убедительны, а поэтому часть учёных и считает его проявлением аннигиляции вимпов.

Г-да Хупер и Линден попробовали объединить теоретические модели данных «Ферми» и WMAP. Поскольку масса вимпов, их распределение в пространстве, а также сечение и вид аннигиляции достаточно чётко определяются по интенсивности и спектральным характеристикам гамма-сигнала, свойства «синхротронного» сигнала можно предсказать и сравнить с наблюдаемыми.

По утверждению авторов, схема аннигилирующих вимпов хорошо подходит в обоих случаях. Согласовать данные «Ферми» и WMAP будет легче, если «разрешить» частицам тёмной материи аннигилировать с образованием тау-лептонов, мюонов μ+μ– или электронов e+e–. Если ограничиться тау-лептонами, задача не станет неразрешимой, но придётся предположить, что в области сигнала WMAP существует относительно сильное магнитное поле.

Самой серьёзной проблемой гипотезы Хупера и Линдена можно считать то, что она сформулирована для лёгких вимпов с упомянутой выше массой в 7,3–9,2 ГэВ. Такие значения соответствуют заявлениям коллабораций DAMA/LIBRA и CoGeNT, якобы обнаруживших частицы тёмной материи, но эти результаты, как «КЛ» недавно рассказывала, не подтверждаются в других аналогичных экспериментах. Против лёгких вимпов свидетельствуют и данные с японского нейтринного детектора Super-Kamiokande, опубликованные три недели назад. Связь здесь такая: захват вимпов, которые имеют предлагаемые DAMA/LIBRA и CoGeNT характеристики, Солнцем и их последующая аннигиляция в объёме звезды должны давать нейтринные сигналы в гигаэлектронвольтовом диапазоне, но ничего подходящего Super-Kamiokande не видит.

«Мы и не называем свою работу надёжным доказательством существования тёмной материи, — отвечает на критику Дэн Хупер. — Просто эта связка [«Ферми», WMAP, CoGeNT, DAMA/LIBRA] сигналов кажется мне наиболее убедительной из всех».

Результаты исследований опубликованы в статье:

Dan Hooper and Tim Linden Gamma rays from the Galactic center and the WMAP haze. – Phys. Rev. D 83, 083517 (2011) [5 pages].