ГАММА-СВЕЧЕНИЕ МЛЕЧНОГО ПУТИ: СИГНАЛ ИЛИ НЕУДАЧНЫЙ МОМЕНТ?

Телескоп Large Area Telescope обсерватории «Ферми» (Fermi Large Area Telescope) видит, что примерно из центральных 10 градусов Млечного Пути приходит больше гамма-лучей с энергией около гигаэлектронвольта (ГэВ, единица энергии для частиц), чем могут объяснить известные источники и модели диффузного свечения Галактики. Изабель Сэндс из Института астрофизики и космических исследований Кавли при MIT и Филип Хопкинс из TAPIR в Калтехе называют его происхождение открытым вопросом уже почти два десятилетия. Одни исследования видят в этом «избытке галактического центра» неопровержимую улику в пользу частиц тёмной материи, которые аннигилируют друг с другом и превращаются в гамма-лучи. Другие приписывают его неразрешённым точечным источникам — толпе объектов, слишком слабых, чтобы увидеть их по одному, — например, новой популяции миллисекундных пульсаров, мёртвых звёзд, вращающихся очень быстро.

Оба лагеря столкнулись с трудностями. Некоторые исследования показывают, что избыток повторяет форму центрального звёздного балджа Галактики, а это указывает на астрофизическое происхождение. К тому же в центре, похоже, недостаточно звёздных систем, которые могли бы породить нужные пульсары.

Галактика, застывшая во времени

Авторы указывают на слабость, общую почти для всех прежних работ. Чтобы предсказать «нормальное» гамма-свечение, они опираются на программы, которые обращаются с космическими лучами — быстрыми заряженными частицами, такими как протоны, электроны и более тяжёлые ядра, — так, будто те находятся в стационарном состоянии и равномерно распределены вокруг оси Галактики. Такие программы не могут отслеживать ничего, что меняется со временем: галактические ветры, газ, привязанный к магнитным полям, турбулентность.

В использованных здесь симуляциях космические лучи запускаются сверхновыми. Путешествуя, они порождают гамма-лучи тремя способами, два из которых зависят от того, сколько газа встречается им на пути. Если моделировать их как спокойный усреднённый туман, любая реальная неоднородность останется необъяснённым остатком.

Два виртуальных Млечных Пути

Сэндс и Хопкинс взяли из проекта FIRE-2 три смоделированные галактики, похожие на Млечный Путь, «выращенные» начиная с ранней Вселенной, с магнитными полями, газом и несколькими видами частиц космических лучей. Одну из них, m12i, исключили, потому что её диск сильно искривлён, в отличие от нашего. Остались m12f с более плоским диском и m12m с более выраженным балджем. Ни в одной нет излучения тёмной материи или пульсаров: единственное гамма-свечение дают космические лучи, запущенные сверхновыми.

Для каждой галактики команда построила «спокойный» эталон: среднее по всем снимкам — смоделированной галактике, сохранённой в последовательные моменты времени, — чья полная гамма-яркость была ниже медианы. Они вычли его из каждого снимка в интервале от 460 до 20 миллионов лет назад и изучили то, что осталось, — остатки — в пределах 10 и 20 градусов от центра.

Насколько каждый смоделированный галактический центр отклоняется от своего спокойного среднего, в зависимости от энергии: цветные полосы охватывают центральную половину всех снимков (три варианта, учитывающие свечение с разной глубины вдоль нашего луча зрения), а чёрные точки показывают избыток, измеренный «Ферми», — глубоко внутри полос. — Рисунок 3, Sands & Hopkins (2026), arXiv:2610.32845.

Горбы, которые приходят и уходят

Остатки никогда не стоят на месте. Избытки размером от 1 градуса до более чем 10 градусов появляются везде, где недавно взорвалась сверхновая или их скопление, и часто они гораздо крупнее того, что измеряет «Ферми». Во всех проверенных конфигурациях реальный избыток уверенно попадает в центральную половину смоделированных остатков (между их 25-м и 75-м процентилями). Рядом с каждым ярким пятном обычно есть тусклое: взрывы отталкивают окружающий газ.

Затем следует случай, ради которого и написана статья. В одном снимке m12f остаток сопоставим с избытком «Ферми» и по амплитуде, и по форме и примерно сферичен в пределах центральных 10 градусов. Он порождён как минимум тремя отдельными скоплениями сверхновых.

Десять снимков галактики m12f за 100 миллионов лет, окрашенных по тому, как давно они были сделаны: толстая кривая близко повторяет избыток, измеренный «Ферми» (чёрные точки); остальные поднимаются и опускаются на всех энергиях. — Рисунок 5, Sands & Hopkins (2026), arXiv:2610.32845.

Причина — во времени. В центральном килопарсеке (около 3260 световых лет) космическим лучам нужно около миллиона лет, чтобы распространиться, — примерно столько же, сколько требуется окружающему газу и спектру гамма-излучения, чтобы измениться. Обычно они не успевают равномерно распределиться до следующего возмущения.

Застигнута в неудачный момент?

Центр Млечного Пути — единственный галактический центр, который «Ферми» может подробно наблюдать. Возможно, пишут авторы, это простое совпадение, что его спектр показывает избыток в 1–10 ГэВ именно сейчас. Они называют это эффектом поиска в другом месте (look-elsewhere effect): возможно, мы застали нашу Галактику в неподходящий момент.

Они предлагают два прочтения. Осторожное: предполагая стационарное состояние, прежние анализы существенно недооценивали неопределённости совершенно обыденного происхождения. Радикальное: временное усиление диффузного свечения могло бы объяснить избыток без тёмной материи и без новых пульсаров. В любом случае, утверждают они, модели, используемые для анализа данных «Ферми», нужно пересмотреть.

Чего не могут сказать две галактики

Статья не приводит никакой вероятности. Имея всего две смоделированные галактики, авторы не могут измерить, как часто обычная физика космических лучей порождает двойника, — а именно это потребовалось бы для строгого статистического утверждения. Их галактики формируют звёзды в центральном килопарсеке в 10–100 раз быстрее, чем центральная зона Млечного Пути, так что они могут быть более бурными. В них нет центральной чёрной дыры, и они используют одну модель переноса космических лучей из нескольких; другие, вероятно, добавили бы ещё больше мелкомасштабной изменчивости.

Авторы называют работу доказательством концепции (proof of concept) и предлагают проверку. Если бы у других галактических центров были избытки на других энергиях, это сильно говорило бы в пользу изменчивого астрофизического источника. Если бы все они показывали один и тот же горб в 1–10 ГэВ, это стало бы убедительным аргументом в пользу тёмной материи.