A gamma-sugarak - az univerzum legfényesebb, legerősebb fénye - az emberi szem számára láthatatlan égbolton haladnak. Ezek a rendkívül energikus sugárzások kitörnek a szupernóva robbanásokból, az összeütköző neutroncsillagokból szikráznak, és az éhes fekete lyukakból szivárognak ki.
Amikor a csillagászok gamma-sugár távcsövekkel képesek elkapni őket, ezek a láthatatlan tűzijátékok az univerzum robbanásveszélyesebb szerkezeteinek néhány felé mutatnak. Most egy nemzetközi kutatócsoport reméli, hogy ezek a mindenható sugárzások valami sokkal furcsább és megfoghatatlanabbhoz vezethetnek - a sötét anyagnak nevezett láthatatlan anyaghoz.
A Physical Review Letters folyóiratban való közzétételre elfogadott és az arXiv preprint nyomtatott adatbázisban részletezett tanulmányban a kutatók megvizsgálták, mit hívnak „megoldatlan gamma-sugár háttérnek” - azaz az összes halvány és titokzatos gammasugárnak azokat a jeleket, amelyek megmaradnak az ismert források, például a fekete lyukak és a szupernóvák után. Amikor a csapat összehasonlította a fel nem oldott gamma-sugarak térképeit az anyag sűrűségének térképével az univerzum ugyanazon szakaszában, úgy találták, hogy a sugarak pontosan igazodnak a gravitációs szempontból hatalmas területekhez, ahol a sötét anyag várhatóan elrejtőzik.
Daniel Gruen tanulmány társszerzője szerint ez a korreláció azt sugallja, hogy a sötét anyag nagymértékben felelős az univerzum gyenge gamma-sugárzásáért. Ha ez a helyzet, ez néhány csillagot adhat a csillagászoknak a rejtélyes anyag tulajdonságairól.
"A sötét anyag lebomlik, mint egy radioaktív mag, és gamma-sugárzást eredményez," - mondta Gruen, a kaliforniai Stanford Egyetem SLAC Nemzeti Gyorsító laboratóriumának Energiaügyi Tanszékének asztrofizikusa a Live Science-nek. "Vagy talán több sötét anyag részecske ütközik egymással, és gamma-sugarakat eredményez, amikor kölcsönhatásba lépnek."
Hullámzik a sötétben
Úgy gondolják, hogy a sötét anyag az univerzum tömegének körülbelül 85% -át teszi ki, bár a kutatók még mindig nem pozitívak, mi vagy hol. A modern tudományos eszközök számára teljesen láthatatlanok, a cuccokat soha nem fedezték fel sikeresen.
"Tudjuk azonban a sötét anyag néhány tulajdonságát" - mondta Gruen. "Tudjuk, hogy ez nagyon gyakori, és tudjuk, hogy olyan tömeggel rendelkezik, amely gravitációsán kölcsönhatásba lép más tömeggel."
Más szavakkal, bár a sötét anyag láthatatlan, erőteljes gravitációja révén látható hatást gyakorol az univerzumra. Az egyik ilyen ütést gravitációs lencsének hívják - lényegében azt, hogy a távoli galaxisokból származó fényt megragadja a Föld felé vezető úton haladó hatalmas tárgyak gravitációja.
Az új tanulmányhoz a kutatók a Világegyetem egy adott darabján lévő gravitációs lencsék térképét nézték meg, amelyet egy Dark Energy Survey (DES) elnevezésű projekt készített. A chilei hatalmas távcsőre szerelt kamera egy éven át több millió millió galaxis nagyfelbontású képeit készített, és arra összpontosított, ahol az erőteljes gravitációs zsebek miatt a távoli fény a leginkább hiányzik. Miközben a kapott térkép néhány legtömegebb régiója ismert galaxisoknak felel meg, más izmos zsebek valószínűleg a sötét anyag rejtett hatását mutatják a munkahelyen - mondta Gruen.
Annak jobb megértése érdekében, hogy ez a hatás hogyan néz ki, a kutatók összehasonlították ezt a tömeges térképet a gamma-sugárzás kibocsátásának térképével, amelyet ugyanazon a térségben a NASA Fermi gamma-sugárcsöves távcsöveje fedez fel az elmúlt kilenc évben. Matematikai modell segítségével a csoport eltávolította az összes sugárzást, amelyet véglegesen hozzá lehet kötni a "földi" forrásokhoz, például a fekete lyukakhoz és a szupernóvákhoz, energiateljesítményük, távolságuk és egyéb tényezők alapján.
Most, hogy csak a titokzatos "megoldatlan" gamma-sugárforrások maradtak, a csapat összehasonlította mindkét térképet. Világos átfedést tapasztaltak a nagy gamma-sugárzású régiók és a sok tömegű régiók között.
"Ez az első tanulmány, ahol biztosak lehettünk abban, hogy ahol sok gamma sugara van, ott is sok a sötét anyag" - mondta Gruen.
Ha a sötét anyag valóban gamma-sugárzást bocsát ki, ez komolyan szűkítheti annak észlelésének módját és miből készül. Még mindig lehetséges, hogy a Fermi térkép gyenge gamma-sugárzásának semmi köze sincs a sötét anyaghoz - mondta Gruen. A matematikai modell, amelyet a kutatók használtak a gamma-sugárzás „földi” forrásainak (például fekete lyukak) eltávolítására, néhány feltételezésen alapul az objektumok tulajdonságaival kapcsolatban. Ha ezek a feltételezések helytelenek, akkor a távoli fekete lyukak felelősek lehetnek a a titokzatos gamma-sugár háttér sokkal több, mint a kutatók beszámoltak.
"Talán ez a modell hiányos, és valószínűleg megtanulunk valamit ezekről a gamma-sugárzást kibocsátó fekete lyukakról" - mondta Gruen. "Talán ezek a fekete lyukak hatalmasabb galaxisokban élnek, mint gondoltuk."
Több információ mind a gammasugarakról, mind a gravitációs lencséről segít a csapatnak modellezni a modellt és jobban értelmezni a világegyetem térképeit. A tanulmány befejezése óta a DES hatszor több információt gyűjtött a világegyetem tömeg-eloszlásáról, és a FERMI műhold továbbra is a gamma-sugár robbanásokat követő teleszkópok egyike. A következő években egy még világosabb eredményeket mutató nyomon követési tanulmányt kell folytatni - mondta Gruen.
