Нова форма на тъмна материя може да обясни загадките в ядрото на Млечния път

Астрономите търсят отговори на загадките на Вселената в дълбините на Вселената, но някои от важните улики може би се крият съвсем близо – в центъра на нашата галактика, Млечния път. Там се случва нещо, което няма точно обяснение, а това е пряк път към откриването на непознатото. Своята версия за случващото се представят изследователи от Великобритания, които са готови да помогнат в търсенето на тъмната материя.

В ядрото на Млечния път (т.нар. Централна молекулярна зона – ЦМЗ, с ширина от 650 до 1000 светлинни години) отдавна са регистрирани две явления, които все още не са получили пълно обяснение. Първо, наблюдава се повишена степен на йонизация на молекулярния водород, който е в изобилие в центъра на галактиката. Второ, цялата ЦМЗ свети в рентгеновия диапазон с енергия на излъчване 511 keV.

Обикновено йонизацията (загубата на електрон от водороден атом) се обяснява с избухването на свръхнови, космическите лъчи и дейността на свръхмасивна черна дупка, но „числата не се връщат“: регионът се йонизира необяснимо бързо, сякаш има някакъв скрит източник.

Що се отнася до рентгеновите лъчи с енергия 511 keV – това е енергията на електрона в покой. Обикновено лъчението с такава енергия се получава след анихилацията на електрона и неговата античастица – позитрона. При това се получават два гама фотона, всеки от които е с енергия 511 keV. Тази линия също се открива равномерно в целия регион на ЦМЗ. Първото и второто явление не могат да се свържат пряко, но може да се изложи хипотеза, която обяснява и двете.

Учени от Кралския колеж в Лондон са извършили моделиране, при което са допуснали съществуването на лека форма на тъмната материя. Моделът не противоречи на популярните космологични хипотези и обяснява наблюдаваните явления в центъра на Млечния път.

Експерименталното откриване на тъмна материя в земните лаборатории е трудно или дори невъзможно, просто поради фундаменталните свойства на тази хипотетична частица, която е лишена от електромагнитно взаимодействие. Наблюдението на следи от такива частици в природата обаче, и по-специално в центъра на Млечния път би могло да ни приближи до тяхното откриване.

Такива частици на тъмната материя могат да взаимодействат със своите античастици. В статията е разгледано какво би се случило, ако тези леки частици тъмна материя се сблъскат със своите античастици в центъра на галактиката и анихилират, образувайки електрони и позитрони.

В плътния газ на ЦМЗ тези нискоенергийни частици бързо биха загубили енергия и ефективно биха йонизирали заобикалящите ги водородни молекули, изтласквайки електроните от тях. Тъй като този регион е много плътен, частиците не могат да се разпространяват надалеч. Вместо това те отдават по-голямата част от енергията си локално, което съответства добре на наблюдавания профил на йонизация. Подробните симулации показаха, че предложеният механизъм може да обясни както високата степен на йонизация, така и емисионните линии с дължина 511 keV.

Изследването показа, че предсказаният профил на йонизация, предизвикан от тъмната материя е забележително плосък в цялата централна част на Млечния път. Това е важно, тъй като наблюдаваната йонизация действително е сравнително равномерно разпределена.

Точни източници, като черна дупка в центъра на галактиката или космически лъчи от свръхнови не могат да обяснят такова разпределение, но то може да бъде обяснено с равномерно разпределен ореол от тъмна материя. Откритията показват, че центърът на Млечния път може да предостави нови сведения за фундаменталната природа на тъмната материя.