Бинарная модель темной материи объясняет гамма-излучение Галактического Центра и «молчание» карликовых галактик

Новая теоретическая концепция предполагает, что Темная Материя, составляющая приблизительно 85% массы Вселенной, может представлять собой не единую частицу, а бинарную систему, состоящую из двух различных компонентов. Эта гипотеза призвана разрешить давние наблюдательные противоречия, которые ставили под сомнение монолитные модели Темной Материи, например, основанные на слабо взаимодействующих массивных частицах (WIMPs).

В рамках стандартных представлений WIMPs, которые являются одним из наиболее обоснованных кандидатов на роль Темной Материи, предполагается, что они взаимодействуют только посредством гравитации и слабого ядерного взаимодействия. Однако отсутствие убедительных данных о WIMPs, в том числе с Большого адронного коллайдера, смещает фокус внимания на альтернативные модели. Ключевое нововведение в модели «dSph-фобичной темной материи» заключается в том, что поведение Темной Материи, по-видимому, зависит от окружающей среды, изменяясь в зависимости от локальной плотности и гравитационных сил. Модель постулирует, что для регистрации косвенных сигналов, таких как испускание гамма-лучей, необходимо одновременное присутствие и взаимодействие обоих компонентов Темной Материи, что и обуславливает их аннигиляцию.

Исследователи, среди которых Ашер Берлин, Джошуа Фостер, Дэн Хупер и Гордан Крняич, разработали эту теорию, получив поддержку от таких учреждений, как Фермилаб. Публикация их работы «dSph-фобичная темная материя» была представлена в «Журнале космологии и астрочастиц» (JCAP) 9 апреля 2026 года. Эта бинарная структура напрямую объясняет загадку Избытка гамма-излучения в Галактическом Центре (GCE) — необъяснимого всплеска гамма-лучей, зафиксированного космическим телескопом Ферми. Этот избыток, представляющий собой скопление фотонов в сферической области вокруг диска Млечного Пути, ранее мог быть объяснен только аннигиляцией Темной Материи, но его отсутствие в карликовых сфероидальных (dSph) галактиках, несмотря на их высокую плотность Темной Материи, создавало серьезное противоречие.

Карликовые галактики считаются идеальными «лабораториями» для проверки гипотезы, поскольку они бедны газом и молодыми звездами, что минимизирует фоновый шум от пульсаров или черных дыр. Модель «dSph-фобичной темной материи» разрешает это расхождение, предполагая, что в условиях высокой плотности и сильной гравитации Галактического Центра происходит совместная аннигиляция обоих компонентов, что и порождает наблюдаемое гамма-излучение. В то же время, более пологий гравитационный потенциал карликовых галактик может препятствовать достижению кинетической энергии, необходимой для ко-аннигиляции более легких частиц с более тяжелыми, тем самым подавляя детектируемый сигнал. Гордан Крняич из Фермилаба отмечает, что если бы теория о едином типе Темной Материи была верна, мы должны были бы наблюдать схожие эмиссии и в других регионах с высокой концентрацией этого вещества.

Подтверждение этой экологической зависимости, то есть зависимости от локальных условий, зависит от результатов предстоящих астрономических обзоров. Миссия «Евклид» Европейского космического агентства (ЕКА) позиционируется как критический тест для этой теории, с крупными космологическими данными, ожидаемыми к октябрю 2026 года. Телескоп «Евклид», запущенный в июле 2023 года, использует метод гравитационного линзирования для создания трехмерной карты распределения Темной Материи, измеряя искажения света от миллиардов галактик на протяжении 10 миллиардов лет космической истории. К концу своей шестилетней миссии «Евклид» должен запечатлеть более 1,5 миллиарда галактик, что позволит либо подтвердить бинарную модель, либо отдать предпочтение альтернативам, таким как сигналы от миллисекундных пульсаров. Ученые ожидают, что будущие данные «Евклида» помогут прояснить, действительно ли карликовые системы испускают гамма-излучение, что является ключевым моментом для проверки данной гипотезы.