Tъмната материя може да има поне две различни състояния

Ваня Милева Последна промяна на 09 April 2026 в 07:39 4133 0

В съзвездието Голяма мечка се намира галактиката Месие 101, наричана

Кредит ESA/Hubble & NASA
В съзвездието Голяма мечка се намира галактиката Месие 101, наричана "Въртележка". Това изображение е комбинация от експозиции, направени през зелени и инфрачервени филтри с помощта на Advanced Camera for Surveys на Hubble. Зрителното поле е приблизително 3,3 на 3,3 дъгови минути.

Ново проучване може да предефинира начина, по който търсим тъмна материя, показвайки, че може да не е необходимо да се намират едни и същи "улики" навсякъде, които да се интерпретират като тъмна материя.

По-специално, изследването, публикувано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предполага, че дори да наблюдаваме определен тип сигнал в центъра на нашата галактика – излишък от гама-лъчение, което може да е резултат от унищожаването на частици тъмна материя – невъзможността да се открие същият сигнал в други системи, като например галактики джуджета, не е достатъчна, за да се изключи това обяснение.

Всъщност тъмната материя може да не се състои от един тип частица, а от множество леко различни компоненти, чието поведение варира в зависимост от космическата среда.

Излишъкът от гама-лъчи в галактическия център

Тъмна материя: знаем, че съществува и е в изобилие, но никога не сме я наблюдавали директно и затова все още не знаем какво представлява. В продължение на десетилетия тя е основен фокус за космолозите и астрофизиците, които се опитват да разберат нейната природа. Заключението за нейното присъствие се прави главно от гравитационните ефекти, които тя упражнява върху видимата материя, но досега нито една от предложените хипотези не е получила окончателно потвърждение от данни. Следователно търсенето продължава.

Много водещи модели на тъмната материя я описват като съставена от частици. В някои от тези сценарии, когато две частици се срещнат, те могат да се анихилират, произвеждайки високоенергийно лъчение, като гама-лъчи, които астрономите се опитват да засекат.

"В момента изглежда има излишък от фотони, идващи от приблизително сферична област, обграждаща диска на Млечния път", обяснява Гордан Крняич (Gordan Krnjaic), теоретичен физик в Националната ускорителна лаборатория Ферми (Fermilab) в Съединените щати и един от авторите на изследването.

Този излишък от гама-фотони, наблюдаван от космическия гама-телескоп "Ферми", може да се дължи на анихилация на тъмната материя. Съществуват обаче и алтернативни обяснения, при които гама-лъчевото излъчване би се произвеждало от астрофизични източници, като например популация от пулсари.

За да се реши този въпрос, е необходимо да се потърси другаде.

"Ако определени теории за тъмната материя са верни, би трябвало да я видим във всяка галактика, например във всяка галактика джудже", обяснява Крняич.

Галактики джуджета 

Галактиките джуджета са много малки и бледи системи, но изключително богати на тъмна материя. Те имат много малко астрофизичен фон – по-малко звезди и по-малко обикновена радиация – и следователно представляват идеална среда за търсене на "чисти" сигнали.

Стандартните теории, които описват тъмната материя като съставена от частици, обикновено предсказват две възможности за това как тези частици се анихилират. В най-простия случай вероятността за анихилация е постоянна и не зависи от скоростта на частиците: в този сценарий, ако наблюдаваме сигнал в центъра на нашата галактика, би трябвало да очакваме да го видим и в други богати на тъмна материя системи, като например галактиките джуджета.

Във втория случай вероятността за анихилация зависи от скоростта на частиците. Тъй като частиците тъмна материя в галактиките се движат с много ниски скорости, този тип взаимодействие прави анихилацията изключително рядка и следователно сигналът е ефективно невидим навсякъде.

В тази рамка, липсата на сигнал в галактиките джуджета би затруднила интерпретирането на излишъка от гама-лъчение, наблюдаван в центъра на нашата галактика, като дължащ се на тъмна материя.

Крняич и сътрудниците му обаче описват алтернативен, по-сложен сценарий, който би могъл да обясни липсата на сигнал в галактиките джуджета, като същевременно запазва интерпретацията на сигнала, наблюдаван в Млечния път, като възможен ефект на тъмната материя.

Две различни частици

"Това, което се опитваме да посочим в тази статия, е, че може да има различен вид зависимост от околната среда, дори ако вероятността за анихилация е постоянна в центъра на галактиката", обяснява Крняич. "Тъмната материя може директно да бъде две различни частици и двете различни частици трябва да се намерят, за да се анихилират."

Вероятността двата компонента на тъмната материя да се срещнат и анихилират също би зависела от съотношението между тези две частици във всяка астрофизична система. Това съотношение може да е различно в галактики като нашата – където двата вида частици може да присъстват в сходни пропорции – и в галактики джуджета, където може да е силно небалансирано.

"По този начин получавате много различни прогнози за емисиите", обяснява Крняич.

Моделът, предложен от Крняич и колеги, следователно представлява по-гъвкава алтернатива на най-простия стандартен сценарий, тъй като позволява обяснение на липсата на гама-лъчев сигнал в галактиките джуджета, без да се изключва произходът на тъмната материя за сигнала, наблюдаван в Млечния път.

В бъдеще, гама-телескопът "Ферми" може да предостави по-точни данни за джуджетата галактики – в момента все още ограничени – което ще помогне да се изясни дали тези системи излъчват гама лъчение или не. По принцип наблюдението на сигнал би било съвместимо с подобно разпределение на двата компонента и в джуджетата галактики, докато липсата му може да предполага, че единият от двата е по-малко разпространен.

Тази интерпретация обаче не е уникална и зависи от допълнителни астрофизични фактори, което налага сравняването на модела с по-широк набор от наблюдения.

Справка: Asher Berlin et al, dSph-obic dark matter, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2026). On arXiv DOI: 10.48550/arxiv.2504.12372

Източник: What if dark matter came in two states?, SISSA Medialab

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !