Телескопот Ферми направи чисто набљудување на вишокот емисија на γ-зраци во центарот на нашата галаксија, кој изгледаше несферичен и сплескан. Наречен Вишок на галактички центар (GCE), овој вишок γ-зраци е можен знак на темна материја што произлегува како производ на самоуништувања на слабо интерактивни масивни честички (WIMP), кандидат за честичка од темна материја. Сепак, вишокот γ-зраци забележан во галактичкиот центар може да се должи и на стари милисекундни пулсари (MSP). Досега се сметаше дека морфологијата на GCE поради темната материја (DM) би била сферична. Неодамнешна симулациска студија открива дека морфологијата на гама-зраците поради DM може да биде значително несферична и сплескана. Ова значи дека хипотезите за анихилациите на темната материја (DM) и милисекундните пулсари (MSP) за набљудуваната GCE се подеднакво можни. Гама-зраците произведени при анихилацијата на темната материја (DM) би имале екстремно високо ниво на енергија од приближно 0.1 тера-електрон-волти (TeV). Стандардните телескопи со гама-зраци не можат директно да ги детектираат овие високоенергетски фотони. Оттука, потврдата на моделот на темна материја (DM) на вишокот на галактички центар (GCE) би била можна по завршувањето на студиите од страна на опсерваториите со тера-γ-зраци како што се опсерваторијата со низа телескопи Черенков (CTAO) и Јужната опсерваторија за гама-зраци со широко поле (SWGO).
Приказната за темната материја започнала во 1933 година кога Фриц Цвики забележал дека брзодвижечките галаксии во јатото Кома не можат да се држат заедно и да останат стабилни без присуство на дополнителна материја која е некако невидлива, но врши соодветен гравитациски ефект за да го спречи распаѓањето на галаксиите. Тој го измислил терминот „темна материја“ за да се однесува на таквата невидлива материја. Во 1960-тите, Вера Рубин дала значаен придонес во нашето разбирање на темната материја. Таа забележала дека ѕвездите на надворешните рабови на Андромеда и другите галаксии се вртат со брзина исто толку голема колку и брзините на ѕвездите кон центарот. За дадениот збир на целата набљудувана материја, галаксијата требало да се оддалечила, што барало присуство на дополнителна невидлива материја што ги држи галаксиите заедно и предизвикува тие да ротираат со голема брзина. Нејзините мерења на кривите на ротација на галаксијата Андромеда обезбедиле најрани докази за темната материја.
Сега знаеме дека темната материја не реагира со светлината или електромагнетната сила. Таа не апсорбира, рефлектира или емитува светлина или други електромагнетни зрачења и е невидлива, па затоа се нарекува темна. Но, таа се групира гравитационо и има гравитациски ефект врз обичната материја, и вака генерално се заклучува нејзиното присуство во вселената. Галаксиите се држат заедно во рамнотежа преку гравитациониот ефект на темната материја, која сочинува дури 26.8% од содржината на масовната енергија на универзумот, додека целиот видлив универзум, вклучувајќи ја и целата барионска обична материја од која сите сме составени, сочинува само 4.9% од универзумот. Останатите 68.3% од содржината на масовната енергија на универзумот е темна енергија.
Не е познато што всушност претставува темната материја. Нема фундаментални честички во Стандарден модел имаат својства потребни за да бидат темна материја. Можеби, хипотетичките „суперсиметрични честички“ кои се партнери на честичките во Стандардниот модел ја создаваат темната материја. Можеби постои паралелен свет на темната материја. ВИМП (слабо интерактивни масивни честички), аксиони или стерилни неутрина се хипотетски честички надвор од Стандардниот модел кои се водечки кандидати. Сепак, сè уште не е постигнат успех во откривањето на такви честички.
Постојат неколку проекти (како на пр. Експеримент со ксенон, Проект DarkSide-20k, Експеримент на EURECA, РЕС-НОВА) во тек е проект за директно откривање на честички од темна материја. Ова се претежно детектори за течен благороден гас или криогени детектори кои се дизајнирани да детектираат слаби сигнали од интеракциите на честичките од темна материја. Сепак, и покрај многуте нови пристапи, ниту еден проект досега не бил во можност директно да детектира честичка од темна материја.
За индиректни докази за темната материја, може да се бараат гравитациски ефекти на темната материја, како што направија Фриц Цвики и Вера Рубин за да ја откријат темната материја проучувајќи како галаксиите се држат заедно и покрај тоа што имаат брзини непропорционално високи за набљудуваната обична материја. Гравитациските ефекти на леќањето (свиткување на светлината) и ефектите врз движењето на ѕвездите во вселената, исто така, можат да обезбедат индиректни докази за присуство на темна материја. Покрај тоа, производите на анихилација (како што се гама-зраци, неутрина и космички зраци) создадени кога честичките на темната материја се судираат едни со други во вселената, исто така, можат да укажуваат на присуство на темна материја. Една таква локација каде што темната материја беше предвидена врз основа на производите на анихилација на честичките на темната материја е центарот на нашата матична галаксија Млечен Пат.
Детекција на темна материја во центарот на нашата галаксија Млечен Пат
Постоеја индикации за вишок дифузен микробранов централен сјај во центарот на Млечниот Пат (MW). Се претпоставуваше дека вишокот сјај се должи на синхротронска емисија од релативистички електрони и позитрони генерирани во WIMP анихилацијата на темната материја, па оттука беше предвиден проширен дифузен γ-зрачен сигнал во енергетскиот опсег до неколку стотици GeV. Последователно, телескопот Ферми-Голема Површина (LAT) го детектира сигналот од γ-зраци кој беше идентификуван како Вишок на галактички центар (GCE). Наскоро, се сфати дека Вишокот на галактички центар (GCE) може да се должи и на стари неутронски ѕвезди (милисекундни пулсари). Се сметаше дека морфологијата на GCE ќе биде важна - симетрична сферична GCE би била индикација за емисија на γ-зраци од анихилација на честички од темна материја (DM), додека сплесканата морфологија на GCE би сугерирала на емисија на γ-зраци од милисекундни пулсари (MSP).
Обемното набљудување на галактичкиот центар на Млечниот Пат од страна на телескопот Ферми-Голем Површински Телескоп (LAT) откри сплескана асферичност. Вообичаено, набљудуваната асферичност би се поврзала со старите ѕвезди (MSP), но неодамнешна студија објавена на 16 октомври 2025 година заклучи дека GCE морфологиите предвидени и од моделите на анихилација на старите ѕвезди (MSP) и од моделите на анихилација на темната материја (DM) се неразлични.
За да ја проучат дистрибуцијата на темната материја, истражувачите спроведоа симулација на морфологијата на галаксии слични на MW (Млечен Пат). Тие открија дека ореолите на темната материја околу галаксиите, како и околу централните региони на галаксиите, ретко биле сферични како што се претпоставува во анизотропскиот модел. Наместо тоа, анализата покажа сплескана проекција на густината на темната материја за сите галаксии. Оваа неосносиметрична дистрибуција на темната материја (DM) беше прикажана и со историјата на спојување на галаксијата Млечен Пат во првите три милијарди години во историјата на универзумот. Набљудуваната морфологија на GCE е сплескана над централниот регион, што генерално се смета за карактеристично за дистрибуцијата на стари ѕвезди (MSP). Новата студија покажа дека темната материја (DM) генерира слична квадратна дистрибуција. Така, хипотезите за анихилациите на темната материја (DM) и милисекундните пулсари (MSP) за набљудуваната GCE се подеднакво можни.
Дали набљудуваната GCE се должи на темната материја (DM) или на милисекундните пулсари (MSP) ќе се знае кога опсерваториите за γ-зраци како што се Черенковската телескопска опсерваторија (CTAO) и Јужната широкопојасна гама-опсерваторија (SWGO) ќе ги завршат своите студии за тера-гама зраци во иднина. Гама-зраците произведени како производ на анихилација на темната материја (DM) во галактичкиот центар би биле ултра-високоенергетски фотони со екстремно високо енергетско ниво од приближно 0.1 тера-електрон-волти (TeV). Стандардните гама-зрачни телескопи не можат директно да ги детектираат овие високоенергетски фотони. Тера-гама зраците ќе бидат важна цел за идните γ-зрачни опсерватории како CTAO и SWGO.
Оваа студија е чекор напред во откривањето на темната материја во вселената преку нејзините производи на анихилација, но присуството на темна материја во галактичкиот центар би барало потврда од страна на опсерваториите за ултра-висока енергија на γ-зраци како што се CTAO или SWGO во иднина. Многу позначаен напредок во науката за темната материја би бил директното откривање на која било DM честичка.
***
Референци:
- Хохберг, Ј., Кан, ЈФ, Лин, РК и др. Нови пристапи за детекција на темна материја. Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4
- Мисијазека М. и Росиб Н. 2024. Директно откривање на темна материја: критички осврт. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201
- Институт за физика корпускулар. Во потрага по темна материја: нов пристап за откривање на невидливото. 22 август 2025 година. Достапно на https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible
- Муру ММ, и др. 2025. Вишок морфологија на темната материја во галактичкиот центар Ферми-ЛАТ во симулациите на галаксијата Млечен Пат. Physical Review Letters. 135, 161005. Објавено на 16 октомври 2025 година. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd . Предпечатена верзија на arXiv. Поднесено на 8 август 2025 година. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314
- Универзитет Џонс Хопкинс. Вести – Мистериозен сјај во Млечниот Пат може да биде доказ за темна материја. Објавено на 16 октомври 2025 година. Достапно на https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/
- Институт за астрофизика Лајбниц. Вести – Млечниот Пат покажува вишок на гама-зраци поради анихилација на темната материја. Објавено на 17 октомври 2025 година. Достапно на https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/
- Вселенски телескоп со гама-зраци Ферми. Достапен на https://science.nasa.gov/mission/fermi/
- Опсерваторија за низа телескопи Черенков (CTAO). Достапно на https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/
- Јужната широкополесна гама-опсерваторија (SWGO). Достапна на https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub
- Опсерваторија Тарту. Темната страна на универзумот. Достапно на https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe
***
, this excess γ-ray is a possible signature of dark matter arising as a product of self-annihilations of weakly interacting massive particles (WIMPs), a dark matter particle candidate. However, the excess γ-ray observed at the galactic centre may also be due to old millisecond pulsars (MSPs). Hitherto, it was held that the morphology GCE due to dark matter (DM) would be spherical. A recent simulation study reveals that gamma-ray morphology due to DM could be significantly nonspherical and flattened. This means both dark matter (DM) annihilations and millisecond pulsars (MSPs) hypotheses for the observed GCE are equally possible. The gamma rays produced in the annihilation of dark matter (DM) would have an extremely high energy level of approximately 0.1 tera-electron-volts (TeV). The standard gamma-ray telescopes cannot detect these high-energy photons directly. Hence, confirmation of dark matter (DM) model of Galactic Centre Excess (GCE) would be possible upon completion of studies by the tera γ-ray observatories like CTAO and SWGO.){kind=link}