Детектори обсерваторії HAWC на тлі зоряного неба. Джерело: AI
Пошуки темної матерії все більше нагадують спробу знайти чорну кішку в темній кімнаті, особливо коли ви не впевнені, що кішка взагалі існує. Проте астрофізики — народ наполегливий. Обсерваторія HAWC (High-Altitude Water Cherenkov) оприлюднила результати восьмирічного полювання на гамма-промені, які могли б видати присутність таємничої субстанції. Хоча шампанське відкривати зарано, науковці змогли суттєво обмежити «життєвий простір» для головних кандидатів на роль темної матерії.
Кандидати на виліт
У центрі уваги дослідників перебувають WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) — слабковзаємодіючі масивні частинки. Теоретики десятиліттями просувають їх як основний компонент темної матерії. Логіка проста: коли дві такі частинки зустрічаються, вони мають анігілювати, перетворюючись на звичайні частинки, зокрема на гамма-кванти високих енергій. Саме ці спалахи й намагається зафіксувати HAWC.
Детектори обсерваторії HAWC. Фото: J. Goodman
Чому саме карликові галактики?
Для аналізу обрали 17 карликових сфероїдальних галактик. Це не випадковий вибір — ці об’єкти вважаються «найчистішими» лабораторіями. У них мало газу та зірок, але величезна концентрація темної матерії. Щоб оцінити потенційну силу сигналу, вчені використовують так званий J-фактор — параметр, що показує щільність темної матерії вздовж лінії зору. Чим він вищий, тим більше шансів побачити «привітання» від WIMP.
Машинне навчання проти космічного шуму
Щоб виділити слабкий сигнал із космічного хаосу, команда HAWC задіяла алгоритми машинного навчання. Це дозволило ефективніше реконструювати події та відсіювати фоновий шум. Проаналізувавши дані за 8 років, фізики не виявили прямого сигналу анігіляції, проте встановили нові жорсткі обмеження. Для важких WIMP швидкість анігіляції тепер обмежена порогом близько 10-23 см³/с.
Ці цифри важливі, оскільки вони перекривають зони, де попередні експерименти, як-от Fermi-LAT або MAGIC, мали недостатню чутливість. Аналіз включав перевірку різних моделей розподілу матерії та каналів анігіляції (через тау-лептони, b-кварки чи W-бозони), що робить отримані межі максимально надійними. Кожна така невдача у прямому виявленні насправді є перемогою для науки, бо вона відсікає хибні теорії та вказує, де саме варто шукати далі.
Доки науковці намагаються розгадати фундаментальні таємниці всесвіту за допомогою гамма-променів, приватний сектор готує інфраструктуру для фізичної експансії людства. Наприклад, компанія SpaceX змінює курс, розставляючи нові пріоритети між Місяцем та Марсом. Це нагадує нам, що поки одні дивляться в порожнечу, інші будують туди дорогу.
