Аналізуючи космічні промені в міжзоряному просторі, зонд DAMPE допомагає зрозуміти природу темної матерії. Про це йдеться в статті, оприлюдненій журналом Nature. DAMPE (The Dark Matter Particle Explorer) — перша космічна обсерваторія Китаю. Її завдання — допомогти знайти джерела темної матерії — таємничої, невидимої субстанції, вміст якої у Всесвіті складає, як вважають науковці, понад 25 відсотків від всієї космічної матерії.
DAMPE спеціально розроблений для виявлення пучків випромінювання найвищої енергії, відомих як гамма-промені, а також космічних променів. Останні — це високоенергетичні частинки, що пронизують космічний простір. Серед них є ядра атомів, електрони, а також позитивно заряджені частинки антиматерії — позитрони.
Деякі моделі темної матерії вказують на те, що вона може сприяти появі космічних променів — зокрема, пар електронів і позитронів. Стикаючись, ці частинки анігілюють з утворенням гамма-променів. Проте існує багато інших потенційних джерел космічних променів та гамма-променів. Наприклад, пульсари — залишки зір, що зазнали колапсу, які швидко обертаються. Чи залишки Наднових — катастрофічних вибухів, яких зазнають масивні зорі наприкінці свого існування. DAMPE вимірює кількість енергії в гамма-променях та космічних променях, щоб пролити світло на їх джерела.
Під час традиційних атмосферних або космічних експериментів прямо реєструють космічні промені з енергією до 2 трильйонів електрон-вольт, натомість наземні телескопічні масиви можуть опосередковано вимірювати енергію до 5 трильйонів електрон-вольт. (Один трильйон електрон-вольт— це (приблизно) кінетична енергія комара, що літає).
Розподіл частинок космічних променів по енергіях в діапазоні енергій від 25 ГеВ до 4,6 ТеВ за результатами вимірювань космічного апарата DAMPE (крива червоного кольору). «Спектральний провал» на енергії біля 900 мільярдів електрон-вольт — можливе свідчення анігіляції, або розпаду частинок темної матерії. Фото з сайту www.nature.com.
Для порівняння, DAMPE може виявити електрони та позитрони космічного випромінювання з енергією близько 10 трильйонів електрон-вольт. «Це суттєво розширює діапазон прямої реєстрації космічних електронів і позитронів з найвищими енергіями» ― зауважив Джордан Ґудман (Jordan Goodman), астрофізик з Мерилендського університету, який не брав участь в дослідженні DAMPE.
Дотепер DAMPE виконав понад 3,5 млрд вимірювань космічних променів, найбільша енергія яких становить більше 100 трильйонів електронні вольт. Очікується, що DAMPE до завершення прогнозованого терміну служби — щонайменше п’ять років — зробить понад 10 мільярдів вимірювань космічних променів.
Важливо, DAMPE знайшов «спектральний провал» ― падіння кількості електронів і позитронів космічного випромінювання в діапазоні біля 900 мільярдів електрон-вольт. «Ніхто з науковців досі не спромігся пояснити природу цього явища» — заявив Ґудмен.
Раніше масив п’яти телескопів HESS (High Energy Stereoscopic System) в Намібії та CALorimetric Electron Telescope на Міжнародній космічній станції також спостерігали цей феномен, натомість космічний телескоп гамма-випромінювання «Фермі» (Fermi) нічого підозрілого в цьому спектральному діапазоні не помітив.
«Наші вимірювання пояснили поведінку електронного та позитронного спектру в діапазоні енергій одиниць трильйонів електрон-вольт» — заявив дослідник Ю-Жонґ Фан (Yi-Zhong Fan), астрофізик з Китайської академії наук в Наньцзін. «Перші результати DAMPE демонструють здатність нового космічного апарата досліджувати невідомі явища в царині високоенергійних астрофізичних процесів».
«Частинки темної матерії можуть пояснити цей “спектральний провал”, якщо їх маси не перевищують 900 мільярдів електрон-вольт» — підкреслив Ґудман. (Енергія еквівалентна масі, як стверджує відоме рівняння Айнштайна E = mc2). Отже, ці висновки спонукають вчених до створення моделей темної матерії, в яких частинки можуть мати різні маси.
З іншого боку, цей «спектральний провал» може бути пов’язаний з космічними променями, продукованими пульсарами або залишками Наднових, якимось чином охолодженими при подорожі в космічному просторі — сказав Фан. «В будь-якому разі, ми тепер отримуємо надійні дані, які має підтвердити будь-яка модель» — зауважив Ґудмен.
За інф. з сайту www.space.com підготував Георгій Ковальчук
