У ході аналізу дослідники вивчали дані, накопичені за 12 років роботи космічного гамма-телескопа "Фермі", але не знайшли в них переконливих доказів надлишку гамма-квантів, джерелом яких могла б бути темна матерія. Однак, на нижній межі діапазону чутливості телескопа фізики змогли зареєструвати пік інтенсивності гамма-випромінювання Юпітера, який вимагає додаткового аналізу за допомогою телескопів нового покоління.
Цікаво Атмосфера гарячого газового гіганта Осіріс підтвердила механізм планетарної міграції
Як фізики шукають темну матерію
Фізики вже дуже давно зайняті пошуком надлишкової матерії невідомого походження, про яку ми побічно знаємо з цілої низки явищ, що спостерігаються. Так, існування такої форми матерії, яка безпосередньо не бере участі у електромагнітній взаємодії, але при цьому становить 85 відсотків маси матерії у Всесвіті, дозволило б пояснити аномально високу швидкість обертання зовнішніх областей галактик, ефекти гравітаційного лінзування і навіть особливості в неоднорідностях реліктового випромінювання.
Саме ця гіпотетична форма матерії і отримала назву темної, але виявити її безпосередньо поки не вдалося, не дивлячись на велику кількість експериментів з її реєстрації.
Виявити темну матерію намагаються на різних масштабах досліджуваних об'єктів з великою різноманітністю механізмів її взаємодії зі звичайною матерією. Так, сліди темних бозонів проміжної маси шукають в енергетичних спектрах атомів, існування найлегших частинок темної матерії обмежують в експериментах з атомними годинниками, а надважкі темні частки пропонують детектувати за допомогою великої кількості справжніх маятників.
Усі ці експерименти, однак, припускають, що темна матерія дасть про себе знати, взаємодіючи з детектором на Землі. Але є й інший підхід: виявити і вивчити темну матерію можна, спостерігаючи за її природними скупченнями поруч з масивними об'єктами, до яких вона б притягалася за рахунок гравітаційної взаємодії. У тому числі і для цього фізики реєструють астрофізичні нейтрино, які можуть народитися в компактних галактиках-супутниках у ході анігіляції темної матерії.
Використання Юпітера для пошуку темної матерії
Схожий підхід до пошуку темної матерії вибрали Ребекка Лін зі Стенфордського університету і Тім Лінден зі Стокгольмського університету. Фізики припустили, що об'єктом, який притягує і накопичує у великих обсягах темну матерію, може бути Юпітер, і що його можна використовувати для прямого пошуку слідів існування цієї форми речовини.
На користь такого вибору говорять три фактори: Юпітер одночасно важкий, холодний і розташований близько до Землі. Велика маса дозволяє сильніше притягувати темну матерію, відносно мала температура (наприклад, в порівнянні з Сонцем) означає, що частинками темної матерії не надсилатимуть багато кінетичної енергії, а значить великі її обсяги будуть утримуватися навколо Юпітера. Нарешті, близькість до Землі дозволяє реєструвати більший потік гамма-квантів, які, на думку фізиків, можуть з'являтися в ході розпаду народжених при анігіляції темної матерії довгоживучих частинок.
Саме проміжні частинки роблять можливим такий підхід до реєстрації темної матерії: остання повинна накопичуватися у центрі Юпітера, а ці частинки здатні покинути його щільні шари і розпастися вже за його межами, у той час як самі гамма-кванти не змогли б вибратися з центру планети.
Дані по гамма-випромінюванню в енергетичному діапазоні від 1 до 3 гігаелектронвольт в околиці Юпітера / Фото arxiv.org
У ході аналізу вчені вивчали дані, накопичені космічним гамма-телескопом "Фермі" за 12 років спостережень. Для визначення внеску Юпітера в зареєстроване телескопом гамма-випромінювання фізики спостерігали за ділянкою неба в оточенні 45 градусів від самої планети, а в якості фону брали усереднені дані за той час, коли газовий гігант знаходився за межами цієї області небосхилу. За різницею фону і спостережень дослідники виявляли те, скільки гамма-квантів певної енергії прилітало у телескоп безпосередньо від Юпітера. У результаті для більшої частини енергетичного діапазону вченим не вдалося виявити істотного внеску Юпітера в спектр реєстрованого гамма-випромінювання.
Винятком виявилися дані, отримані для гамма-квантів з енергією між 10 і 15 мегаелектронвольт – нижньою межею можливостей детектора на телескопі "Фермі". У цьому діапазоні енергій внесок Юпітера виявився істотним, особливо для енергій менше 11.2 мегаелектронвольт: для цього діапазону можна зі статистичною точністю в 4,6σ сказати, що газовий гігант випромінював надлишкові гамма-кванти.
Проте, автори ставляться до отриманих даних з настороженістю, адже спостереження на краю допустимих енергій телескопа "Фермі" мають дуже великі похибки. Вчені вважають, що отримані дані необхідно перевірити при запуску обсерваторій AMEGO і e-ASTROGAM, які будуть ідеально підходити для реєстрації гамма-квантів з енергією в декілька мегаелектронвольт.