Избыток космических антипротонов указывает на сигнал темной материи

Повышенное количество антипротонов, замеченное астрономами в потоке космических лучей, может быть связано с частицами темной материи. Два независимых анализа показывают, что наилучшее совпадение с данными эксперимента дает модели, в которых учитывается аннигиляция частиц темной материи с массой в несколько десятков ГэВ. Статьи об этом опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Темная материя — это теоретическая концепция существования дополнительного типа вещества, которое взаимодействует с обычным только посредством гравитации. Ее введение решает множество нестыковок в астрофизике и космологии, однако непосредственное открытие до сих пор не состоялось. Одним из перспективных способов, с помощью которых астрономы хотят обнаружить темную материю, является изучение космических лучей, избытки каких-либо античастиц в которых предположительно связаны с аннигиляцией частиц темной материи при столкновениях.

Космические лучи содержат небольшую примесь частиц антивещества, таких как позитроны и антипротоны. Большинство из них образуется в астрофизических процессах, например столкновениях между космическими лучами высоких энергий и межзвездным газом. Однако небольшая часть может быть порождена аннигиляцией или распадом темной материи. Сложность в определении такого указания на темную материю состоит в том, чтобы точно смоделировать гораздо больший астрофизический сигнал, на фоне которого приходится искать избыток.

В исследовании Алессандро Куоко и сотрудников Рейн-Вестфальского технического университета Ахена были проверены два сценария: один с учетом темной материи, другой — без. Физики проводили моделирования для обоих случаев, регулируя различные параметры, чтобы найти наилучшее соответствие данным по количеству антипротонов, протонов и ядер гелия в космических лучах, измеренных AMS и другими экспериментами. Они обнаружили, что модель с частицей темной материи, в данном случае с массой 80 ГэВ/c², обеспечивает лучшее соответствие с антипротонными наблюдениями, чем модель без нее.

Мин-Ян Цуй из Китайской академии наук и его коллеги провели независимый анализ, основанный на несколько другом наборе предположений. Они анализировали отношение бора к углероду в космических лучах, что дает представление о том, с какого расстояния эти частицы прилетают. Они обнаружили, что модель с частицей DM с массой от 40 до 60 ГэВ/c² наилучшим образом соответствует данным по антипротонам.