Лучи выдали темную материю

Открытие, сделанное американскими учеными при помощи прибора, установленного на борту Международной космической станции, помогло пролить свет на свойства темной материи и еще сильнее убедить астрономов в существовании этой загадочной сущности. Доказательство ее существования – одна из важнейших задач современной астрофизики.

Известно, что большая часть массы Вселенной состоит из темной материи – странной субстанции, которая не позволяет разлетаться галактикам. Она не отражает и не излучает свет (хотя и изгибает его), поэтому остается невидимой для телескопов, работающих в различных областях электромагнитного спектра. Однако кое-что она излучать, вероятно, может. Согласно одной из гипотез, темная материя может состоять из вимпов (от англ. WIMP, Weakly Interacting Massive Particle – слабо взаимодействующие массивные частицы). Теоретики предсказали, что при столкновении двух таких частиц должна выделяться энергия, зависящая от массы сталкивающихся частиц. При этом в результате столкновения должны образовываться стабильные элементарные частицы,

такие как электроны, протоны и их античастицы — обладающие противоположным зарядом антипротоны и позитроны.

Эти две частицы, как представители антиматерии, во Вселенной встречаются крайне редко. Наблюдать их можно либо в лабораторных условиях, например в ускорителях, либо в ничтожных концентрациях в составе космических лучей. При этом превышение концентрации античастиц в составе обычной (барионной) материи в определенных диапазонах энергий означало бы,

что их источником являются не астрофизические объекты, например мощные пульсары, а темная материя.

Чтобы исследовать состав космических лучей на предмет концентрации в них антиматерии, в 2011 году по предложению нобелевского лауреата Семюэла Тинга к борту МКС был прикреплен прибор AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), доставленный шаттлом Endeavour. Этот прибор способен сосчитать, сколько электронов приходит к нам из космоса на один позитрон в широком диапазоне энергий. Теоретические расчеты предсказывают, что если антиматерия рождается при столкновениях частиц обычной материи, то концентрация позитронов должна уменьшаться с ростом энергии частиц, а

если это не так – ищите другой источник позитронов!

Начиная с 2011 года AMS проанализировал 41 млрд прилетевших из космоса частиц и выделил за это время лишь 10 млн позитронов и электронов с энергиями от 0,5 до 500 гигаэлектронвольт (ГэВ) – самый широкий разброс энергий, когда-либо промеренный для космических частиц.

Анализ показал превышение числа низкоэнергетичных позитронов над предельным теоретическим уровнем. При увеличении энергии число позитронов падает, однако

при достижении 275 ГэВ их концентрация имеет не предсказанный ранее пик, а затем снова убывает.

Оказалось, что поток позитронов в космических лучах никак не связан с потоком их античастиц – электронов. «Они вообще не имеют никакого отношения друг к другу. Это очень и очень странная вещь. Мы потратили уйму времени, проверяя это, и теперь нет сомнений, что это так», — заявил Тинг, профессор Массачусетского технологического института, руководитель исследования. Это указывает на то, что позитроны и электроны приходят на Землю из разных источников,

при этом источником позитронов, скорее всего, является именно загадочная темная материя.

«Новые данные AMS однозначно показали, что в Галактике есть новый источник позитронов. Темная материя существует. Мы пока не знаем, что это, но AMS имеет возможность пролить свет на ее свойства. Сейчас мы видим намек, и в наших силах сказать, является ли это правдой», — считает Паоло Зуккон, соавтор открытия, опубликованного в журнале Physical Review Letters.