85% Вселенной в тени: новое исследование раскрывает тайну тёмной материи

20.10.2025 08:12

Уже несколько десятилетий физики и астрономы пытаются разгадать одну из главных загадок Вселенной — что такое тёмная материя, невидимая субстанция, которая составляет почти 85 % всей массы космоса, но не излучает и не поглощает свет.

Теперь команда из Университета Джонса Хопкинса совместно с коллегами из Франции представила результаты, которые могут стать ключом к решению этой космической головоломки.

Слабый свет из центра Галактики

С начала 2010-х годов космический телескоп Fermi фиксирует странное гамма-излучение вблизи ядра Млечного Пути. Этот свет слишком равномерный и слишком мощный, чтобы объяснить его обычными источниками — взрывами звёзд или активными ядрами галактик.

Долгое время учёные спорили о двух гипотезах:

Излучение может быть результатом столкновений частиц тёмной материи, которые при аннигиляции выделяют энергию.
Или же его испускают миллисекундные пульсары — быстро вращающиеся нейтронные звёзды, оставшиеся после взрывов сверхновых.

Новая работа, опубликованная 16 октября 2025 года в журнале Physical Review Letters, показывает, что обе версии пока остаются возможными, но вариант с тёмной материей впервые выглядит убедительно.

Что сделали исследователи

Под руководством астрофизика Джозефа Силка, профессора Университета Джонса Хопкинса и исследователя Парижского института астрофизики, группа учёных создала трёхмерную суперкомпьютерную модель эволюции Млечного Пути.

Эта модель учитывает процессы, происходившие на ранних этапах существования галактики — поглощение меньших спутниковых систем, обогащённых тёмной материей, и их последующее слияние с основным телом Галактики.

"Тёмная материя удерживает галактики вместе. Она доминирует во Вселенной, но остаётся невидимой. Мы ищем способы её "увидеть” через косвенные сигналы — например, гамма-лучи из центра Млечного Пути", — пояснил Джозеф Силк.

В результате симуляции учёные получили карту плотности тёмной материи, где вероятность столкновений частиц была максимальной именно в центре Галактики — там же, где наблюдается реальное избыточное гамма-излучение.

Совпадение, которое может изменить всё

Когда исследователи наложили результаты моделирования на данные телескопа Fermi, они обнаружили поразительное совпадение: распределение энергии и интенсивность света почти полностью повторяли модель взаимодействий частиц тёмной материи.

Это уже третье независимое подтверждение в пользу гипотезы аннигиляции тёмной материи.

Однако сами учёные осторожны: подобный сигнал теоретически могут давать и миллисекундные пульсары — старые нейтронные звёзды, быстро вращающиеся вокруг своей оси.

Чтобы эта гипотеза "сработала", астрономам пришлось бы предположить существование значительно большего количества пульсаров, чем когда-либо наблюдалось. Поэтому, как отмечают исследователи, вариант с тёмной материей сейчас выглядит более реалистичным.

Что дальше

Учёные планируют продолжить работу, используя будущие данные Cherenkov Telescope Array (CTA) — крупнейшего в мире наземного гамма-телескопа, строительство которого завершается в Чили и на Канарских островах.

"CTA позволит отличить высокоэнергетические сигналы пульсаров от более мягкого спектра тёмной материи. Это может стать решающим шагом", — отметил Силк.

Также команда займётся поисками аналогичных гамма-сигналов в карликовых галактиках, вращающихся вокруг Млечного Пути. Если всплески излучения проявятся и там, где нет старых звёзд, это станет сильнейшим аргументом в пользу существования тёмной материи.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Ошибка: Считать, что гамма-излучение — чисто звёздного происхождения.
Последствие: Игнорирование ключевых сигналов о природе тёмной материи.
Альтернатива: Совмещать наблюдения и численные модели для уточнения источников света.
Ошибка: Исключить тёмную материю из уравнений.
Последствие: Несовпадение расчётов с гравитационными наблюдениями.
Альтернатива: Включать тёмную материю как основную силу, формирующую структуру Галактики.

А что если теория подтвердится?

Если гипотеза о столкновениях частиц тёмной материи будет доказана, это перевернёт физику элементарных частиц и космологию. Учёные смогут не только подтвердить её существование, но и определить свойства — массу, энергию и частоту взаимодействий.

Это станет первым прямым наблюдением тёмной материи — цели, к которой мировая наука шла более полувека.

"На мой взгляд, чистый сигнал будет неопровержимым доказательством", — сказал Силк.

FAQ

Что такое тёмная материя?
Это гипотетическая форма материи, невидимая для телескопов, но проявляющая себя через гравитационное воздействие на звёзды и галактики.

Почему гамма-излучение важно?
Оно может быть побочным продуктом аннигиляции частиц тёмной материи — единственным наблюдаемым следом их взаимодействия.

Когда появятся новые данные?
Первое наблюдение телескопа CTA ожидается в 2026 году, и оно может дать ответ, какая из гипотез верна.

Интересные факты

Тёмная материя, по расчётам, составляет около 27 % массы Вселенной, тогда как обычное вещество — лишь 5 %.
Остальные 68 % приходится на тёмную энергию — силу, ускоряющую расширение космоса.
Самые популярные кандидаты на роль частиц тёмной материи — WIMPs (слабо взаимодействующие массивные частицы).

Исторический контекст

Термин "тёмная материя" появился в 1930-х годах, когда астроном Фриц Цвикки заметил, что галактики движутся быстрее, чем это можно объяснить видимой массой.
С тех пор было предложено множество теорий — от гипотетических частиц до модификации законов гравитации. Но ни одно прямое доказательство не было найдено.
Исследование команды профессора Силка стало одним из самых серьёзных приближений к разгадке за последние десятилетия.

Уточнения

Гала́ктика (др.-греч. γᾰλαξίας "Млечный Путь" от др.-греч. γάλα, γάλακτος "молоко") — гравитационно связанная система из звёзд, звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, тёмной материи, планет. Все объекты в составе галактики участвуют в движении относительно общего центра масс.

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2⋅10^-10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.