Изучив данные, полученные космическим телескопом за 13 лет наблюдений, астрономы искали изменения в гамма-излучении, соответствующие аналогичным явлениям в других спектральных диапазонах. В результате такого анализа был выявлен неожиданный и, что особенно важно, пока не имеющий объяснения источник гамма-излучения, расположенный в иной области неба.
Реликтовое излучение представляет собой остаточное тепловое свечение, которое заполнило всю Вселенную и появилось на ранних этапах ее существования, в эпоху первичной рекомбинации. Именно тогда вещество остыло настолько, что образовались первые атомы. Впервые этот свет был зафиксирован астрономами в 1965 году в виде слабых микроволновых волн.
К 1970-м стало ясно, что это излучение распределено не равномерно, а обладает дипольной структурой: в одном направлении оно немного теплее, чем в другом. Более точные измерения были получены позднее, благодаря обсерватории COBE, которая функционировала с 1989 по 1993 год. Результаты показали, что в направлении созвездия Льва реликтовое излучение на 0,12% теплее и в среднем интенсивнее. Предполагается, что это вызвано движением Солнечной системы относительно космического микроволнового фона.
Затруднения возникают при изучении незначительных колебаний фонового излучения, поэтому данные наблюдений зачастую подвергаются очистке от этого фактора. Следует учитывать, что микроволновое излучение – не единственный источник фонового излучения во Вселенной, однако на текущий момент оно измерено с наибольшей точностью. Для проверки гипотез о происхождении диполя необходим полный обзор ситуации.
По этой причине коллектив исследователей принял решение выбрать из наблюдений гамма-телескопа За 13 лет космической обсерватории «Ферми» собраны все имеющиеся данные о гамма-излучении с энергией, превышающей три гигаэлектронвольта. Для сопоставления, энергия видимого света составляет от двух до трех электронвольт.
После этого исследователи устранили влияние излучения Млечного Пути и известных источников гамма-лучей из полученных данных. В результате ученые заметили неожиданное изменение интенсивности. Результаты работы опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.
«Это было абсолютно непредвиденное открытие. Мы зафиксировали гораздо более мощный сигнал, отличный от того, что мы пытались обнаружить, и в другой области небесной сферы», — прокомментировал один из авторов исследования Александр Кашлинский, космолог из Мэрилендского университета (США).
Гамма-излучение исходит из южного полушария, тогда как пик реликтового излучения расположен в северном. Однако, его местоположение совпадает с источником космических лучей сверхвысоких энергий (UHECR). Энергия этих лучей превышает три гигаэлектронвольта в миллиарды раз – это минимальный порог, по которому авторы новой работы анализировали данные, полученные с помощью космического аппарата «Ферми».
Замечено, что не только направления, но и различия в интенсивности оказались сопоставимы: из указанной области неба наблюдается на 7% увеличение потока как гамма-лучей, так и частиц по сравнению со средним значением. В противоположном направлении зафиксирован аналогичный спад. Колебания в количестве космических частиц сверхвысоких энергий были выявлены относительно недавно, в 2017 году. Исследователи обоснованно полагают, что эти явления взаимосвязаны и имеют единый источник. Вероятно, речь идет о нейтронных звездах или активных ядрах галактик.
Upd.: Несколько ученых, не являющихся соавторами данного исследования, уже отметили любопытный феномен: открытая гамма-аномалия пространственно соответствует области с необычными значениями постоянной Хаббла. Предложено достаточно сложное объяснение этой корреляции здесь.