A Tejút közepén sok titokzatos esemény történik. Az ott található szupermasszív fekete lyuk a legfontosabb köztük. De van még egy érdekes puzzle: az intenzív gammasugárzás váratlan gömb alakú régiója.
Egy új tanulmány szerint a sötét anyag lehet a kibocsátások mögött.
Az univerzumban sok gamma-sugárforrás van, és ezek többsége jól megérthető. A pulzátorok, a mágneses csillagok és a kvazárok gamma-sugarakat eredményeznek. De meg tudják-e magyarázni a galaxisunk központjából származó gamma-sugarakat?
A gammasugarak erősek. Ezek a behatoló elektromágneses sugárzások egy formája, amelyet az univerzum legintenzívebb jelenségei generálnak. Bármely típusú elektromágneses sugárzás legrövidebb hullámhosszúak, és a legnagyobb fotonenergia.
A fizikusok tudják, hogy a gamma-sugarak túl sok a Tejút szívében, és galaxis központ-feleslegnek (GCE.) Hívják. Sokat tudunk a Tejútról, és ez a tudás a GCE magyarázatait szűkítette le két vezető lehetőség: vagy pulzátorok populációja, amelyek gyorsan forgó neutroncsillagok, vagy sötét anyag. A fizikusok úgy gondolják, hogy ha sötét anyag, akkor egy galaxis közepén lévő sűrű felhőben létezik, amely ütközik önmagával és megsemmisíti magát, hogy gammasugarakat hozzon létre.
2015-ben egy tanulmány kimutatta, hogy a GCE forrása valójában pulzátor volt, és a sötét anyag nem volt érintett. Ezt a tanulmányt Princeton és az MIT kutatóinak egy csoportja készítette, köztük Tracy Slatyer fizika docens. Használták a galaktikus központ megfigyeléseit a Fermi Gamma-ray Űrtávcsővel, valamint egy olyan modellt, amely leírja a Tejút összes olyan interakcióját, amelyek gammasugarakat eredményezhetnek. Megállapították, hogy a pulzárok felelősek.
De egy új tanulmány, amelyben Slatyer is részt vett a MIT-ben, úgy tűnik, megfordította ezeket az eredményeket, és rámutatott a sötét anyagokra, mint az összes ilyen gamma-sugaratra.
Az új tanulmány „A sötét anyag hipotézisének újjáéledése a galaktikus centrum gamma-sugaraiban” címet viseli, és a Physical Review Letters-ben közzéteszi. A szerzők Tracy Slatyer a MIT Elméleti Fizikai Központjáról és Rebecca Leane a Természettudományi Iskola, az Advanced Study Institute intézetéből. Tanulmányuk szerint problémát jelent az előzővel, és annak eredményei nem megbízhatók. A sötét anyag hozzájárulása a GCE-hez észrevétlenül maradhatott.
Az a nehézség, hogy a GCE-t szűkítsük akár pulzátorokra, akár sötét anyagokra, a fotonok kibocsátásának módjára és a detektálási technológiai képességünkre vezet. A sötét anyag gamma sugarai diffúzak lennének, míg a pulzátorok sugárzásai koncentráltabbak lennének. 2015-ben az összes gammasugár diffúznak tűnt, de ennek oka az lehet, hogy a pontforrások diffúznak tűnnek a távcsöveinkhez, amelyek korlátozott térbeli felbontásúak. 2015-ben a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a pulzárok felelősek.
A Tejút többé-kevésbé sík, középen dudor van. A gammasugarak körülbelül 5000 fényév sugarú gömbölyű területet foglalnak el a központban. A Slatyer és munkatársai által 2015-ben kifejlesztett módszer megkísérelte megoldani, hogy ez a gömb alakú régió „sima” vagy „szemcsés” legyen-e. Az érvelésük az volt, hogy ha a pulzárok képezik a gammasugarak forrását, akkor ezeknek a gamma-sugaraknak az a gömb alakú régiónak szemcsésnek kell lennie. A gamma-sugarak között sötét hézagok lennének, ahol nem voltak impulzusforrások.
De ha a gammasugarak sötét anyagból származnak, akkor a gömb alakú terület sima lesz. "A galaktikus központ felé vezető minden látószögben valószínűleg sötét anyag részecskék vannak, tehát nem szabad látnom a jelekben hézagokat vagy hideg foltokat" - magyarázta Slatyer.
Kifejlesztettek egy modellt, amely figyelembe veszi az összes anyagot és a gázt a Tejútban, valamint az összes olyan részecske kölcsönhatást, amely gammasugarat képes előidézni. Aztán megfontolták a GCE gömb alakú régiójának modelleit, amelyek szemcsézettek vagy simaak voltak, valamint statisztikai módszert alkalmaztak, hogy megkülönböztessék egymást. Aztán megvették a modellt, és táplálták be a tényleges Fermi Gamma-ray Űrtávcső megfigyeléseit, hogy megfigyeljék, hogy a megfigyelések illeszkednek-e szemcsés vagy sima profilba.
Ha a megfigyelések beleillenek egy szemcsés profilba, akkor a pulzátorok meg tudják magyarázni a gammasugarakat. Ha egy sima profilba illeszkednek, akkor a sötét anyag megmagyarázhatja őket. A szemcsés profil elképesztő volt.
"Láttuk, hogy 100% -ban szemcsés, és így mondtuk:" ó, a sötét anyag nem képes erre, tehát valami másnak kell lennie "- emlékszik vissza Slatyer. „Remélem, hogy ez csak az első a galaktikus központ régió számos, hasonló technikákat alkalmazó tanulmányáról. De 2018-ra a módszer fő keresztellenőrzései továbbra is azok voltak, amelyeket 2015-ben elvégeztünk, ami nagyon idegesített, hogy esetleg hiányzott valami. ”
Végül Slatyer és Leane úgy döntöttek, hogy kipróbálják a modellt. Slatyer attól tartott, hogy nem elég robusztus. Úgy döntöttek, hogy készítenek egy „hamis” égtérképet, amely tartalmaz egy sötét anyag jelet és pulzárokat, amelyek nem voltak társítva a GCE-hez. A modellbe táplálták, és bár az adatok hamis sötét anyag jelet tartalmaztak, a modell arra a következtetésre jutott, hogy szemcsés, ezért pulzár uralt. Slatyer szerint ez bizonyította, hogy modelljük nem volt bolondbiztos, és hogy még mindig volt hely a sötét anyagnak, hogy szerepet játsszon a GCE-ben.
"Ha valóban sötét anyag, akkor ez lenne az első bizonyíték arra, hogy a sötét anyag kölcsönhatásba lép a látható anyaggal a gravitációtól eltérő erőkön keresztül."
Rebecca Leane, Társszerző, Természettudományi Iskola, Fejlett Tanulmányi Intézet.
Aztán egy kolléga azt javasolta, hogy a kutatók hamis háttérképe helyett egy hamis sötét anyag jelet adjunk a valódi Fermi megfigyelésekkel kombinálva, hogy kipróbálják modellüket.
Megtették, és statisztikai modelljük sikertelen volt a tesztben. A sima sötét anyag jel ellenére a modell szemcsés pulzár-dominált eredményt adott vissza. A sötét anyag jelét a tényleges GCE méretének négyszeresére állították be, és modelljük még mindig nem sikerült felfedezni.
„Abban a szakaszban nagyon izgatott voltam, mert tudtam, hogy a következmények nagyon nagyok - azt jelentette, hogy a sötét anyag magyarázata visszatért az asztalra” - mondja Leane.
Ha ezek a legújabb eredmények helyesek, akkor ez nagy ügy.
"Ha valóban sötét anyag, akkor ez lenne az első bizonyíték arra, hogy a sötét anyag kölcsönhatásba lép a látható anyaggal a gravitációtól eltérő erőkön keresztül" - mondja Leane. „A sötét anyag jellege jelenleg a fizika egyik legnagyobb nyitott kérdése. Ennek a jelnek a sötét anyagként való azonosítása lehetővé teheti, hogy végre felfedjük a sötét anyag alapvető identitását. Nem számít, hogy a többlet kiderül, valami újat fogunk megtanulni az univerzumban. ”
„Izgalmas abban a tekintetben, hogy azt hittük, hogy kiküszöböljük annak a lehetőségét, hogy ez sötét anyag” - mondta Slatyer a sajtóközleményben. "De most van egy kiskapu, szisztematikus hiba az igényünkben. Újra kinyitja az ajtót, hogy a jel sötét anyagból származjon. ”
Ezt az új eredményt a Physical Review Letters folyóirat december 11-i számában teszik közzé.
Több:
- MIT sajtóközlemény: Van-e sötét anyag a Tejút középpontjában?
- Kutatási cikk: A sötét anyag hipotézisének újjáéledése a galaktikus központ gamma-sugara
- Wikipedia: Gyengén interakciós masszív részecskék (WIMP-k)
