Пульсары оказались способны «мимикрировать» под темную материю

Две независимые группы ученых во главе с Кристофом Венигером (Christoph Weniger) и Вэй Сюэ (Wei Xue) пришли к выводу, что загадочное гамма-излучение от центра нашей Галактики вызвано не присутствием там темной материи, а активностью тысяч пока не открытых нейтронных звезд, вращающихся со скоростью сотен оборотов в секунду. Это первые признаки значительной численности миллисекундных пульсаров в ядре Млечного Пути. Препринты

выложены на

.

Начиная с 2009 года данные наблюдения космического телескопа «Ферми», принадлежащего NASA, показывают, что из центра Галактики исходит больше гамма-фотонов с энергиями в несколько гигаэлектронвольт, чем это предсказывают теоретические модели происходящих там процессов. В то же время в рамках современных представлениях о частицах темной материи как о «вимпах», способных участвовать только в гравитационном взаимодействии, именно в галактическом ядре они могут чаще обычного сталкиваться между собой, аннигилируя и при этом испуская гамма-фотоны. Именно на счет темной материи значительная часть астрофизиков и относила наблюдаемый «Ферми» избыток гамма-лучей из галактического центра.

Группа Венигера решила проверить, так ли это. Для этого она проивела моделирование значительной популяции нейтронных звезд в центре Галактики, чтобы понять, как сигналы от них могли бы выглядеть для земного наблюдателя и не можем ли мы путать их с последствиями аннигиляции темной материи. Пространственное распределение источников гамма-излучения, вычисленное в рамках их модели, равно как и их спектральные характеристики, оказались очень близки к тем, что астрономы реально видят в данных «Ферми». Согласно расчетам, практические наблюдения соответствуют таким множественным источникам гамма-излучения со статистической значимостью, превышающей 4 сигмы. Число подобных нейтронных звезд в наблюдавшемся регионе может достигать нескольких тысяч.

Группа Сюэ также связывает пространственное распределение и спектральные особенности упомянутых сигналов с источниками типа миллисекундных пульсаров. Подобная интерпретация ставит под сомнение более ранние выводы ряда других научных групп, относивших их на счет темной материи.

Однако выводы о пульсарной природе сигналов интересны не только с точки зрения поиска темной материи. Нейтронные звезды, активность которых и является источником излучения миллисекундных пульсаров, чрезвычайно трудно обнаружить на тех расстояниях, которые отделяют нас от центра Галактики. Если выводы Венигера, Сюэ и их коллег подтвердятся, можно будет говорить о выявлении большой популяций нейтронных звезд, ранее неизвестной астрономам. Учитывая, что ранее миллисекундные пульсары считались весьма редким явлением, речь идет о значительном шаге вперед.

Миллисекундные пульсары получили свое название за излучаемые ими сигналы, имеющие периодичность от 1 до 10 миллисекунд. По наиболее распространенной теории, такие объекты являются двойными системами из нейтронной и обычной звезды. Гравитация первой постепенно перетягивает к себе внешние слои второй, и по мере падения материи на нейтронную звезду та раскручивается. В силу такой раскрутки, несмотря на диаметр в 25 километров, объект делает полный оборот вокруг своей оси за тысячные доли секунды.

Ранее считалось, что возникновение таких экзотических систем возможно только в шаровых скоплениях, где высокая плотность звезд позволяет гравитации нейтронной звезды захватить в свою систему постороннее светило. Новые данные по наличию множества миллисекундных пульсаров в центре Галактики указывают, что нужная для этого плотность звезд вполне достижима и вне шаровых скоплений.