Чтение онлайн

Спустя несколько месяцев, когда обнародовали еще одну порцию данных, полученных телескопом Fermi, Хупер и Гуденаф убедились, что необъяснимый источник излучения по-прежнему на месте. “В наш адрес было много критики, и мы попытались улучшить анализ данных, в том числе использовали более сложную программу внесения поправок, связанных с работой приборов, увеличили точность обработки точечных источников и фона в этом сегменте неба. И после этой обработки мы увидели тот же самый сигнал – он никуда не исчез”, – говорит Хупер. Они опубликовали вторую статью в 2010 году. Но и на этот раз лишь немногие обратили на нее внимание.

Однако для Хупера эта статья стала поворотным моментом, потому что теперь он уверился: сигнал не был фантомным. Он не был убежден, что его источником является аннигиляция темной материи, но в том, что сигнал реальный, он не сомневался. В сентябре 2010 года к Хуперу приехал молодой аспирант из Калифорнийского университета в Санта-Крузе Тим Линден, который присутствовал на одном из первых выступлений Хупера. Теперь Линден работает в Университете штата Огайо и в разговорах со мной вспоминает враждебность, с которой столкнулся Хупер: “Сказать, что сообщество Fermi не воспринимало Дэна всерьез, – значит ничего не сказать. Были люди, которые годами очень пренебрежительно относились к его методу анализа. А я всегда считал его анализ правильным”. Возможно ли, что существовал какой-то другой источник, который мог бы объяснить гамма-лучи? “Да, я думаю, что это всегда возможно. Это и сейчас возможно”, – говорит Линден. Но его заинтриговала гипотеза Хупера, и он был убежден, что тот уловил нечто важное.

В октябре 2011 года Линден и Хупер опубликовали статью, в которой описали, как они получили ту же величину избыточного гамма-излучения, используя уже другую методику его измерения, и составили карту неба в гамма-диапазоне. Другие группы ученых в конце концов тоже обратились к этой проблеме и тоже нашли избыточную интенсивность гамма-излучения. Тем не менее переубедить участников сообщества Fermi по-прежнему было трудно, да и многие другие астрофизики полагали, что избыток излучения нельзя считать настоящим. И Хупер понял, что пора написать решающую статью об этом избытке излучения – и либо доказать свою правоту, либо похоронить идею.

В результате в 2012 году Хупер решил обратиться к некоторым своим коллегам, занимавшимся анализом гамма-излучения, включая Финкбайнера и Слейтер. Слейтер тогда была постдоком в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, и все еще изучала происхождение пузырей. Однажды летним днем того же года они столкнулись с Хупером на конференции в Аспене, штат Колорадо, и начали говорить о том, что происходит с пузырями ближе к галактическому центру. К тому времени мало кто думал, что пузыри могут быть проявлением темной материи, но утверждения о сходстве между излучением пузырей в микроволновом и гамма-диапазоне основывались на сравнении гамма-излучения далеко от галактической плоскости с микроволновым излучением, исходящим из окрестности центра Галактики. Поскольку сравнение проводилось между несравнимыми величинами, Хупер в беседе со Слейтер предположил, что внутренняя часть пузырей все-таки могла бы быть связана с темной материей. “Мы обсуждали, могла ли ближайшая к галактическому центру часть пузырей быть «запачкана» избытком гамма-излучения от галактического центра, избытком, который, как я утверждал, мог быть обусловлен темной материей”, – говорит Хупер.

Слейтер заинтересовалась. Она знала об избытке гамма-излучения и согласилась исследовать пузыри, присоединившись к исследованиям Хупера и сконцентрировавшись на галактическом центре. В течение следующих двух лет они вместе с Хупером опубликовали две большие работы, причем вторую – на написание которой ушло полгода, объемом тридцать страниц – в соавторстве с Линденом и Финкбайнером. Они дважды и трижды проверили все, скрупулезно отвечая на вопросы каждого потенциального оппонента. “Это своего рода монументальная статья, мы трудились над ней полный рабочий день, и так в течение шести месяцев”, – вспоминает Линден.

Независимо от того, какие модели они использовали и как обрабатывали данные, избыток гамма-излучения не исчезал. Авторы намеренно рассматривали разные части Галактики независимо друг от друга, и каждый решал свою частичку проблемы, чтобы избежать какого-либо влияния со стороны остальных. “Я работал над той частью проблемы, которая касалась анализа галактического центра, и абсолютно не знал, к каким выводам приходили коллеги, занимающиеся другой частью Галактики. А Трейси и ее группа работали, наоборот, над анализом другой части Галактики и не знали того, что нашел я. А потом мы как-то составляли из этого цельную картину”, – говорит Линден. Они обнаружили, что избыток гамма-излучения наблюдался даже на довольно большом расстоянии в несколько тысяч световых лет от центра Галактики. “Никто до этого не осознавал, что избыток излучения не ограничен центром Галактики, а обнаруживается и вдали от него, в других частях Галактики”, – говорит Слейтер. Это было особенно интересно, потому что сразу устраняло подозрения в том, что светиться могла та область вокруг черной дыры, где она поглощала окружающее вещество. “Эти объяснения просто перестали быть релевантными после того, как выяснилось, что это излучение идет и из областей, расположенных на расстояниях в тысячи световых лет от черной дыры”, – говорит она.

В их статье также было показано, что “облако” гамма-излучения имеет примерно сферически симметричную форму с центром в галактическом центре и что его энергетический спектр выглядит совершенно одинаково повсюду, даже вдали от галактического центра. Когда соавторы начали сводить воедино свои результаты, они поняли, что, вероятно, имеют дело со множеством источников, образованных либо из темной материи, либо из чего-то еще, и эти источники более или менее симметрично распределены вокруг центра Галактики.

Статья появилась на онлайн-сервере arXiv.org в феврале 2014 года. Называлась она “Характеристики сигнала гамма-излучения из центральной области Млечного Пути: проверка возможной роли аннигиляции темной материи” и, по словам Линден, сразу же вызвала массу откликов в прессе. (Статью в конце концов опубликовали и в журнале, но только два года спустя, в июне 2016-го8.) Это была первая статья о таинственном свечении, которое журналисты будут обсуждать ежедневно в течение нескольких недель. Сообщество Fermi больше не могло игнорировать необъяснимый избыток гамма-излучения, и даже НАСА поместило пресс-релиз статьи на главной странице своего вебсайта, признав, что избыток существует. “Пресс-релиз провисел там всего минут двадцать, прежде чем они поменяли его на какое-то другое сообщение, но я успел отправить ссылку маме”, – смеется Линден. Эта статья вызвала появление множества других статей, и в течение следующих трех месяцев она была процитирована более ста пятидесяти раз. Через год и сообщество Fermi опубликовало статью на эту тему. В конце концов акцент сместился с дискуссии о том, существует ли вообще какой-либо излишек гамма-излучения, к вопросу о том, что может быть его источником.

Некоторые ученые встали на сторону Хупера и его теории темной материи. Но не все. И тогда пульсары снова нанесли удар, поскольку многие ученые предпочли более привычное пульсарное объяснение для происхождения свечения, и такая возможность высказывалась (в том числе Хупером) еще в 2010 году.

Звезды в центре Млечного Пути, как правило, намного старше, чем на его окраинах. Возраст самых старых звезд в нашей Галактике составляет примерно 13,5 миллиарда лет, поэтому уже давно массивные звезды в центре должны были взорваться сверхновыми, породив множество нейтронных звезд. Поскольку плотность звезд в центре Галактики невероятно высока, эти нейтронные звезды могли образовывать двойные системы, в которых в какой-то момент одна звезда начала бы откачивать вещество своего компаньона и, следовательно, вращаться очень быстро9. Они превратились бы в старые раскрученные миллисекундные пульсары, излучающие гамма-лучи и, возможно, радиоволны. Основываясь на наблюдениях известных миллисекундных пульсаров, проводимых в гамма-диапазоне, ученые подсчитали, что наблюдаемый избыток мог бы возникнуть, если бы в центре Галактики скопилось несколько тысяч пульсаров. И если бы они объединились в кластер, хотя являются точечными источниками, их спектр был бы очень похож на спектр излучения, который мог возникнуть при аннигиляции вимпов. Но когда Линден и Хупер просмотрели каталоги известных гамма-пульсаров в этом регионе, они не нашли ни одного. “И насколько вероятно, – задает вопрос Хупер, – что тысячи пульсаров прячутся в самом сердце нашей Галактики без нашего ведома? Почему мы их не видим?”

Частично ответ на вопрос Хупера может быть связан с технологией. Если вы возьмете миллисекундные пульсары, самые яркие из тех, что мы когда-либо открыли, и поместите их в галактический центр, их все равно будет сложно обнаружить. Дело не в том, что астрономы не пытались это сделать – еще как пытались. “Мы близки к тому, чтобы их обнаружить”, – говорит Слейтер. Одним из самых чувствительных телескопов, занятых поиском миллисекундных пульсаров в этом регионе, был GBT (Green Bank Telescope, “телескоп Грин-Бэнк”) в Западной Вирджинии, по крайней мере, пока не заработал телескоп MeerKAT и не сделал снимок галактического центра.

Именно туда я решаю отправиться в следующий раз, потому что именно эта обсерватория сможет наконец помочь уладить многолетние споры о том, что служит источником избыточного гамма-излучения в галактическом центре – пульсары или темная материя.

Пока я еду по лесной дороге через округ Покахонтас, штат Западная Вирджиния, расположенный в четырех часах езды от Вашингтона (в округе Колумбия), я прохожу цифровую детоксикацию. Уже около часа я нахожусь в национальной зоне радиомолчания – уникальном регионе Соединенных Штатов, охватывающем около 21 тысячи квадратных километров, где сотовые телефоны молчат, а радиотрансляция сильно ограничена законом10. Примерно через два часа петляния по извилистым дорогам Голубого хребта я приезжаю в крошечный городок Грин-Бэнк, где живет сто сорок три человека. Несколько коров лениво пасутся рядом с дорогой и поворачивают головы, когда я проезжаю мимо. Парень в клетчатой рубашке, ремонтирующий свой пикап на обочине, поднимает на меня глаза и кивает, улыбаясь. Я сворачиваю на небольшую парковку, окруженную невысокими зданиями.