В зависимости от расположения галактики во Вселенной, темная материя может проявлять различные формы излучения. Исследователи продемонстрировали, что космическая среда оказывает влияние на прогнозируемые сигналы ее аннигиляции, изменяя их на десятки процентов. Это имеет большое значение, так как подобные сигналы представляют собой один из немногих методов обнаружения этой таинственной субстанции.
Несмотря на скудость достоверной информации о темной материи (ТМ), предполагается, что она играет важную роль в формировании галактик и крупномасштабной структуры Вселенной. Из-за того, что природа ТМ остается неизвестной и она проявляется исключительно посредством гравитации, исследователи рассчитывают обнаружить ее опосредованно – по результатам аннигиляции предполагаемых частиц, например, в виде гамма-излучения или нейтрино.
Подобные сигналы проявляются наиболее интенсивно в областях с высокой плотностью, где темная материя распределена не равномерно, а образует «скопления» внутри гало галактик — обширных структур, окружающих галактики и расположенных за пределами видимой области звездного диска. Эти, как их называют, субгало усиливают общий сигнал, демонстрируя, насколько увеличивается интенсивность излучения по сравнению с равномерным распределением материи.
До недавнего времени считалось, что данный эффект в первую очередь обусловлен массой гало. Но последние исследования ученых демонстрируют, что одного этого фактора недостаточно: ключевую роль играет расположение галактики в конкретной части космической паутины – обширной сети из нитей, характеризующихся высокой концентрацией галактик (филаментов) и пустот. Следует отметить, что эта структура формируется под воздействием гравитации и определяет, как материя распределяется и развивается в масштабах Вселенной.
В ходе исследования было использовано численное моделирование, позволяющее отследить изменения свойств темпоральных магнитных структур (ТМ) в различных средах. При этом учитывались три основных параметра: плотность центральной области гало, количество субгало и их внутренняя организация. Полученные результаты показали, что все эти характеристики демонстрируют устойчивую зависимость от окружающей среды. В частности, гало, формирующиеся в плотных филаментах, возникают раньше, характеризуются большей концентрацией и содержат большее количество субгало, в то время как в разреженных пустотах они, наоборот, менее плотные.
Затем эти различия были учтены в общепринятых полуаналитических моделях, и был пересчитан прогнозируемый сигнал аннигиляции. Полученный результат оказался существенным: при одинаковой массе гало в филаментах возможно увеличение сигнала на 12 процентов по сравнению со средним значением, а в пустотах он снижается на 30 процентов. Данный эффект демонстрирует различную степень выраженности в зависимости от массы гало: для небольших гало различия менее заметны, а для массивных — более.
Объяснить физическую природу аннигиляции темпоральных микроскопических объектов довольно просто: она определяется квадратичной зависимостью от плотности. Это означает, что даже незначительные колебания в концентрации и организации субгало вызывают существенные модификации итогового сигнала. В областях с высокой плотностью Вселенной субгало более сжаты и многочисленны, что приводит к усилению излучения. В областях с низкой плотностью наблюдается противоположная картина: структура становится менее выраженной, а интенсивность сигнала снижается.
При рассмотрении расстояния от субгало до центра гало, а также сопутствующих эффектов, связанных с приливным разрушением, различия проявляются еще отчетливее, но общая картина остается прежней. Нити остаются более яркими, а пустоты – менее заметными.
Результаты работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, важны для будущих поисков ТМ. При выборе объектов для наблюдений нужно учитывать не только массу галактик, но и их положение в космической паутине. В противном случае можно либо переоценить, либо недооценить ожидаемый сигнал. По мнению авторов, космическая среда становится еще одним фактором неопределенности, сравнимым по величине с другими теоретическими допущениями.
Благодаря этим открытиям, исследователи проложили дорогу к разработке более совершенных моделей, в которых характеристики темной материи анализируются не по отдельности, а в связи со структурой всей Вселенной. Фактически, это означает, что космическая паутина перестает быть лишь фоном и становится действенным средством для изучения темной материи.
Несмотря на то, что ученые признают наличие невидимой массы во Вселенной, относительно природы темной материи существует множество гипотез выдвигается очень много. Вот только ни одна из них подтверждения так и не получила.