Космический детектив длиной в полтора десятилетия принёс неожиданную улику. Телескоп Ферми, который сканирует небо в гамма-лучах, засёк ровное, слабое свечение, окутывающее весь Млечный Путь. Оно не похоже на свет звёзд или горячего газа — скорее на тусклую, но всепроникающую дымку. Самое яркое пятно этой дымки находится не в центре Галактики, а чуть выше и ниже, на высоких галактических широтах, и его энергия чётко указывает на отметку в 20 гигаэлектронвольт.
Два независимых способа обработки данных — усреднение по ячейкам и более тонкий попиксельный анализ — дали одинаковую картину. Источник выглядит как гигантский шар, сжатый к центру Галактики, и это сразу отметает версию о внегалактическом происхождении. Естественное объяснение, которое напрашивается, — аннигиляция частиц тёмной материи. Когда две такие частицы встречаются, они могут превратиться в обычные, рождая всплеск гамма-излучения. Подгонка под простейшую модель ($s$-волновая аннигиляция) даёт массу частицы около 0,55 ТэВ для канала $W^+W^-$ и 0,72 ТэВ для $b\bar{b}$ — это в сотни раз тяжелее протона.
Но у этой красивой гипотезы есть ахиллесова пята. Если частицы тёмной материи аннигилируют так интенсивно в нашей Галактике, то в карликовых сфероидальных галактиках, где тёмной материи тоже много, мы должны были бы видеть ещё более яркий сигнал. А его нет — данные с тех же телескопов ставят жёсткие ограничения. Возникает напряжение в 4–5 раз. Авторы работы не остановились на констатации противоречия и проверили альтернативы. Оказалось, что единственный способ спасти гипотезу — предположить, что аннигиляция резко усиливается, когда частицы сталкиваются на определённой, «резонансной» скорости. Это похоже на то, как качели раскачиваются только в такт толчкам: в быстро движущихся системах (вроде карликовых галактик) частицы проскакивают мимо резонанса, а в нашем неторопливом гало — попадают в него. Такой механизм, известный как резонансное усиление Зоммерфельда или пик Брейта-Вигнера, даёт необходимое 45-кратное усиление сигнала по сравнению с простым тепловым реликтом.
Тонкая настройка резонанса под скорости именно нашего гало — смелая идея, но она не противоречит ни одному из наблюдательных данных. Если это правда, то мы впервые видим не просто косвенные улики, а конкретный «портрет» частицы тёмной материи, который можно будет проверить в будущих экспериментах.
Гамма-телескоп Ферми, запущенный в 2008 году, изначально назывался GLAST и был переименован в честь итальянского физика Энрико Ферми, который ещё в 1949 году теоретически предсказал механизм ускорения космических частиц, рождающих гамма-излучение.
В романе Питера Уоттса «Ложная слепота» инопланетная форма жизни использует механизмы, чувствительные к скорости взаимодействия частиц, — почти как резонансная аннигиляция тёмной материи, подстраивающаяся под темп движений в галактическом гало.