Позитроны указали на аннигиляцию частиц темной материи

Изображение обсерватории HAWC

Wikimedia Commons

Необычно большой поток позитронов, зарегистрированный в 2008 году российским спутником «Ресурс-ДК1», не удалось объяснить излучением пульсаров Geminga и PSR B0656+14. Это означает, что другие механизмы, включая взаимодействие частиц темной материи, остаются возможными. Об этом группа ученых под руководством А. Абейсекара (A. U. Abeysekara) сообщает в Science.

В 2008 году экспериментальная установка PAMELA, установленная на российском спутнике «Ресурс-ДК1», зафиксировала необычно большой поток позитронов с энергиями около 1,5 — 100 гигаэлектронвольт. Впоследствии наблюдения подтвердили космический гамма-телескоп Ферми и магнитный альфа-спектрометр AMS-02. Поскольку при распространении высокоэнергетических позитронов в межзвездной среде они должны быстро терять энергию из-за взаимодействия с электрическим и магнитным полями, их предполагаемый источник должен лежать не дальше нескольких сотен парсек от Земли. Однако установить его местонахождение до сих пор не удается.

На роль источника позитронов ученые выдвигали несколько возможных кандидатов. Например, подобные высокоэнергетические частицы могут образоваться в плерионах — туманностях, подпитываемых ветром пульсара. Относительно недалеко от Земли находится всего несколько таких пульсаров, например, Geminga (Геминга). С другой стороны, позитроны теоретически могли образоваться в результате взаимодействия частиц темной материи. Оба этих механизма должны также приводить к возникновению гамма-излучения, которое не отклоняется электрическим и магнитным полями, как позитроны, поэтому по нему можно определить направление на источник.

В начале этого года коллаборация HAWC (High Altitude Water Cherenkov Experiment) сообщила о регистрации гамма-излучения с энергией порядка тераэлектронвольт от находящихся неподалеку пульсаров Geminga и PSR B0656+14. Эти пульсары входили в список кандидатов на роль возможного источника позитронов, пойманных PAMELA в 2008 году. Однако в данной статье астрономы показали, что это предположение неверно.

Для этого ученые изучили пространственные и спектральные характеристики потока гамма-излучения. Другими словами, они проанализировали зависимость числа гамма-квантов от их энергии и посмотрели, из каких участков неба они приходят. Астрономы предполагали, что все гамма-кванты появляются в результате обратного комптоновского рассеяния фотонов на электронах и позитронах, поскольку этот процесс как раз позволяет им достигать энергий порядка десяти тераэлектронвольт.

Затем ученые рассчитали магнитное поле и коэффициенты поглощения электронов и позитронов в туманностях, окружающих пульсары. На основании этих значений ученые определили предполагаемый поток высокоэнергетических позитронов, который должен был прийти на Землю. Оказалось, что он почти в сто раз ниже, чем поток, зарегистрированный в 2008 году — большая часть частиц поглощается в туманностях.

Таким образом, очень маловероятно, что источником позитронов, зарегистрированных PAMELA в 2008 году, является один из этих двух пульсаров. Поэтому астрономы предлагают объяснить возникновение позитронов какими-то другими явлениями — например, другими пульсарами, микроквазарами или остатками сверхновых. В том числе — аннигиляцией или распадом темной материи, как предполагает работа физиков из Германии, Дании и Швеции.

Недавно мы писали о том, как физики разработали прототип устройства, предназначенного для детектирования волн темной материи. Также ученые предлагали улучшить детекторы темной материи, используя эффект квантового испарения жидкого гелия. А о работе обсерватории HAWC вы можете прочитать в нашей заметке.

Дмитрий Трунин

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.