Ученые впервые использовали Юпитер в качестве детектора темной материи

Темная материя — одна из самых загадочных и недоступных для наблюдения форм вещества во Вселенной. По оценкам астрономов, она составляет около 85% от всей массы материи, но не участвует в электромагнитном взаимодействии и не излучает свет. Единственный способ обнаружить ее существование — по ее гравитационному влиянию на видимые объекты, такие как звезды, галактики и кластеры.


Однако гравитация не единственный потенциальный канал связи темной материи с обычной. Некоторые теории предполагают, что частицы темной материи могут аннигилировать друг с другом, то есть уничтожаться с выделением энергии в виде гамма-квантов или других элементарных частиц. Если такие процессы действительно происходят, то они могут быть зарегистрированы с помощью специальных детекторов на Земле или в космосе.

Поиск аннигиляции темной материи сопряжен с большими трудностями. Во-первых, неизвестны масса и свойства частиц темной материи, а также вероятность их столкновений. Во-вторых, гамма-излучение может иметь и другие источники, такие как активные ядра галактик, сверхновые звезды, пульсары и т. д., которые создают фоновый шум и мешают выделить сигнал от темной материи.

Поэтому ученые ищут способы повысить чувствительность и точность своих экспериментов, используя различные стратегии и методы. Одна из таких стратегий заключается в использовании массивных астрономических объектов, таких как Солнце или Юпитер, в качестве естественных детекторов темной материи.

Идея состоит в том, что эти объекты за счет своей большой массы и малой температуры могут притягивать и удерживать частицы темной материи, которые попадают в них из окружающего пространства. Таким образом, внутри них может образовываться скопление темной материи, где повышается вероятность аннигиляции. Результатом таких процессов должно быть излучение гамма-квантов, которое можно обнаружить с помощью спутниковых или наземных телескопов.

Эта идея была предложена еще в 1980-х годах, но до недавнего времени не была проверена на практике. Причиной этого была отсутствие достаточно мощных и чувствительных гамма-телескопов, способных зарегистрировать слабый сигнал от аннигиляции темной материи на фоне других источников излучения.

Ситуация изменилась в 2008 году, когда на орбиту был выведен космический гамма-телескоп Fermi, предназначенный для наблюдения за высокоэнергетическими процессами во Вселенной. Этот телескоп имеет высокую чувствительность и разрешение в диапазоне энергий от 10 МэВ до 300 ГэВ и может обследовать всю небесную сферу за 3 часа.

Используя данные, собранные телескопом Fermi за 12 лет работы, международная группа ученых впервые провела поиск гамма-излучения от аннигиляции темной материи внутри Юпитера. Для этого они анализировали спектр и интенсивность излучения, исходящего от планеты, и сравнивали его с фоновым уровнем и теоретическими моделями.

Ученые не обнаружили никаких аномалий или избытков гамма-излучения, которые могли бы свидетельствовать о наличии темной материи в Юпитере. Это позволило им поставить жесткие ограничения на массу и сечение рассеяния частиц темной материи, а также на их взаимодействие с обычной материей. Полученные результаты согласуются с другими экспериментами по поиску темной материи и исключают большой класс теоретических моделей.

Это исследование демонстрирует, что Юпитер может быть полезным инструментом для изучения темной материи и ее свойств. В будущем ученые планируют продолжить наблюдения за этой планетой с помощью более мощных гамма-телескопов нового поколения, таких как CTA (Cherenkov Telescope Array), которые могут расширить диапазон энергий и повысить точность измерений. Также интерес представляют другие массивные объекты, такие как Солнце, Земля или даже Луна, которые также могут служить детекторами темной материи.