Бінарна модель темної матерії пояснює гамма-випромінювання Галактичного центру та «мовчання» карликових галактик

Нова теоретична концепція припускає, що темна матерія, яка становить приблизно 85% маси Всесвіту, може бути не єдиною часткою, а бінарною системою, що складається з двох різних компонентів. Ця гіпотеза покликана розв'язати давні спостережні суперечності, які ставили під сумнів монолітні моделі темної матерії, зокрема ті, що базуються на масивних частках, які слабо взаємодіють (WIMP).

У межах стандартних уявлень про WIMP, які є одними з найбільш обґрунтованих кандидатів на роль темної матерії, вважається, що вони взаємодіють лише через гравітацію та слабку ядерну силу. Проте відсутність переконливих доказів існування WIMP, зокрема отриманих на Великому адронному колайдері, зміщує фокус уваги на альтернативні моделі. Ключове нововведення в моделі «dSph-фобної темної матерії» полягає в тому, що її поведінка, очевидно, залежить від довкілля та змінюється відповідно до локальної щільності й гравітаційних сил. Модель постулює, що для фіксації непрямих сигналів, як-от гамма-випромінювання, необхідна одночасна присутність та взаємодія обох компонентів темної матерії, що й зумовлює їхню анігіляцію.

Дослідники, серед яких Ашер Берлін, Джошуа Фостер, Ден Хупер та Гордан Крняїч, розробили цю теорію за підтримки таких установ, як Фермілаб. Публікація їхньої праці «dSph-фобна темна матерія» була представлена в «Журналі космології та астрочастинок» (JCAP) 9 квітня 2026 року. Ця бінарна структура безпосередньо пояснює загадку надлишку гамма-випромінювання в Галактичному центрі (GCE) — незрозумілого сплеску гамма-променів, зафіксованого космічним телескопом «Фермі». Цей надлишок, що виглядає як скупчення фотонів у сферичній області навколо диска Чумацького Шляху, раніше можна було пояснити лише анігіляцією темної матерії, проте його відсутність у карликових сфероїдальних (dSph) галактиках, попри їхню високу щільність темної матерії, створювала серйозне протиріччя.

Карликові галактики вважаються ідеальними «лабораторіями» для перевірки гіпотези, оскільки вони бідні на газ та молоді зорі, що мінімізує фоновий шум від пульсарів або чорних дір. Модель «dSph-фобної темної матерії» розв'язує цю розбіжність, припускаючи, що в умовах високої щільності та сильної гравітації Галактичного центру відбувається спільна анігіляція обох компонентів, яка й породжує спостережуване гамма-випромінювання. Водночас пологіший гравітаційний потенціал карликових галактик може перешкоджати досягненню кінетичної енергії, необхідної для ко-анігіляції легших часток із важчими, тим самим пригнічуючи сигнал, що піддається детектуванню. Гордан Крняїч із Фермілабу зазначає, що якби теорія про єдиний тип темної матерії була правильною, ми мали б спостерігати схожі емісії і в інших регіонах із високою концентрацією цієї речовини.

Підтвердження цієї екологічної залежності, тобто залежності від локальних умов, залежить від результатів майбутніх астрономічних оглядів. Місія «Евклід» Європейського космічного агентства (ЄКА) розглядається як критичний тест для цієї теорії, а великі масиви космологічних даних очікуються до жовтня 2026 року. Телескоп «Евклід», запущений у липні 2023 року, використовує метод гравітаційного лінзування для створення тривимірної мапи розподілу темної матерії, вимірюючи викривлення світла від мільярдів галактик упродовж 10 мільярдів років космічної історії. До завершення своєї шестирічної місії «Евклід» має зафіксувати понад 1,5 мільярда галактик, що дозволить або підтвердити бінарну модель, або надати перевагу альтернативам, як-от сигналам від мілісекундних пульсарів. Вчені сподіваються, що майбутні дані «Евкліда» допоможуть з'ясувати, чи справді карликові системи випромінюють гамма-промені, що є ключовим моментом для перевірки цієї гіпотези.