Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Москвич Катя

Но Хупер был настойчив. Как только он узнал, что дымка не может быть темной материей, он вместе с аспиранткой Нью-Йоркского университета Лизой Гуденаф решил еще раз внимательно проанализировать данные, полученные с помощью телескопа Fermi. И в этих данных они нашли скрытый клад. Вблизи галактического центра гамма-излучение было гораздо более интенсивным, чем предполагалось в теории. Его интенсивность превышала интенсивность всех известных астрофизических источников, вместе взятых, – и сверхмассивной черной дыры, и протонов космических лучей, сталкивающихся с молекулами газа, и электронов космических лучей, взаимодействующих с фотонами и молекулами газа, а также остатков сверхновых и пузырей Ферми. Избыток гамма-излучения составлял примерно 10 %. Кроме того, спектр наблюдаемого излучения и его распределение не соответствовали тем характеристикам, которые присущи чисто астрофизическим источникам. Хупер был ошеломлен. Неужели он обнаружил наконец доказательства существования темной материи?

Похоже, избыточное излучение имело максимум при энергиях от одного до трех миллиардов электронвольт (1–3 ГэВ), а это означало, что оно обладало примерно в миллиард раз большей энергией, чем видимый свет. Оно было самым ярким в центре Галактики, и его яркость уменьшалась при удалении от центра по любому направлению. Это говорило о почти сферической форме его источника, растянувшегося по крайней мере на пять тысяч световых лет от центра Галактики. Хупер предположил, что избыток возник из-за аннигиляции вимпов, и вместе с Гуденаф он написал статью и поместил ее на сервере препринтов arXiv.org (популярная онлайн-платформа, разработанная Корнеллским университетом, которая упрощает обмен научными статьями, давая возможность выложить их для свободного доступа еще до того, как они появятся в рецензируемых журналах7).

Но, похоже, никто не обратил на эту публикацию внимания.

Хупер попытался привлечь внимание к своим результатам. В том же году он выступил с докладом на конференции и рассказал о расчетах, сделанных его командой. Он вспоминает, с каким воодушевлением говорил о том, что, возможно, наконец-то в центре Галактики они нашли следы темной материи. Но публика хранила зловещее молчание. После доклада один участник подошел к Хуперу и обозвал его непрофессионалом, который просто не знает, как правильно интерпретировать результаты, полученные телескопом Fermi. Аналогичная негативная реакция ждала его и на других конференциях, особенно со стороны членов сообщества Fermi — главных пользователей данных, полученных телескопом. Для них Хупер был чужаком, трактующим результаты, которые они – члены команды Fermi — обнародовали. “Они разговаривали со мной очень высокомерно”, – вздыхает он.

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.