Рис. Темная материя вокруг галактик, вероятно, представляет собой совокупность сгустков различных размеров и масс (минимальные размеры и массы, которые берутся сегодня при расчетах, — от 120 парсек и 1712 масс Солнца соответственно, максимальные — в сотни тысяч раз больше). В центре рисунка — самый массивный сгусток, непосредственно окружающий галактику. Сгустки выглядят светящимися, но это лишь искусственные цвета, используемые для наглядного изображения результатов; в действительности какого-либо излучения от загадочной темной материи обнаружено не было. Рисунок выполнен по результатам расчетов на суперкомпьютере в рамках проекта «Аквариус». Изображение с сайта
www.mpa-garching.mpg.de/aquarius
Объединенная группа европейских физиков (в составе проекта «Аквариус», The Aquarius Project) получила оценки возможной яркости гамма-излучения, возникающего при аннигиляции частиц темного вещества в нашей Галактике. Ученые предполагают, что рассеянное излучение от темного гало Галактики будет намного ярче, чем от множества отдельных сгустков темной материи. Результаты этой работы опубликованы в последнем выпуске журнала Nature.
Конечно, темная материя не светит ни в видимом, ни в каком-либо другом диапазоне спектра. Во всяком случае, этого не было до сих пор обнаружено. Природа темной материи — формы, в которой содержится основная масса вещества во Вселенной, — остается загадкой для физиков уже несколько десятков лет. Считается, что она может состоять из частиц неизвестной природы — вимпов (от англ. WIMP, Weakly Interactive Massive Particles), между которыми отсутствует электромагнитное взаимодействие: они не испускают фотоны, и мы не можем видеть эти частицы напрямую. Концепция частиц WIMP предполагает, что их можно обнаружить косвенным путем — по наблюдениям гамма-излучения, которое возникает при аннигиляции частицы и античастицы. Поскольку никто не наблюдал частиц и античастиц темной материи, то достоверно не известно, могут ли они аннигилировать, поэтому наблюдения и проводятся для проверки теорий и предположений.
Европейские ученые под руководством Фолькера Шпрингеля использовали компьютерную модель темной материи для того, чтобы представить, какие данные по распределению гамма-излучения в пространстве получат космические телескопы, в частности телескоп им. Э. Ферми, Fermi Gamma-ray Space Telescope (так с недавних пор называется телескоп GLAST, Gamma-ray Large Area Space Telescope). Компьютерная модель, которую они использовали, была создана объединением ученых «Аквариус» из Института астрофизики им. Макса Планка в Гархинге (Германия) и Института вычислительной космологии в Дареме (Великобритания). Это объединение вобрало в себя участников проектов «Virgo» и «Millenium Project», в которых также проводилось компьютерное моделирование галактик и их скоплений для космологических исследований. Результаты одного из расчетных вариантов этой модели как раз и показаны на рис. 1.
Группа Шпрингеля использовала иерархическую структуру сгустков — их средние размеры и концентрацию, полученную в модели, чтобы проводить оценки. Они брали некое абстрактное положение в пространстве, связанное с каким-либо сгустком внутри расчетной области модели, и рассчитывали светимость в гамма-диапазоне от этого сгустка. Ученых интересовали те фотоны, которые, предположительно, рождаются вследствие аннигиляции частиц и античастиц темной материи. Теоретически, это гамма-излучение должно содержать в себе четыре компонента. Первый — это рассеянный свет от темного гало, непосредственно окружающего Галактику (центр рисунка 1, так называемое «основное гало»). Второй — это рассеянный свет от сгустков меньшего размера, суб-гало. Третий — свет от еще более мелких сгустков, которые содержатся в суб-гало. И, наконец, четвертый компонент — это свет мелких сгустков, которые настолько малы, что учесть каждый из них отдельно в модели невозможно, а можно лишь учесть их суммарный вклад в гамма-излучение от темного вещества.