Razele gamma - cea mai strălucitoare, cea mai puternică lumină din univers - navighează pe cer invizibil pentru ochii umani. Aceste explozii de radiații, în mod excepțional energice, izbucnesc din explozii de supernove, scânteiau de stelele de neutron care se ciocnesc și izbucnesc din cele mai foame găuri negre.
Când astronomii îi pot prinde cu telescoape cu raze gamma, aceste artificii invizibile îndreaptă spre unele dintre cele mai explozive structuri ale universului. Acum, o echipă internațională de cercetători speră că acele raze atotputernice ar putea duce și la ceva mult mai ciudat și mai evaziv - substanța invizibilă cunoscută sub numele de materie întunecată.
Într-un nou studiu acceptat pentru publicare în revista Physical Review Letters și detaliat pe baza de date preprint arXiv, cercetătorii au analizat ceea ce ei numesc „fundalul de raze gamma nerezolvate” - adică toate slabele și misterioasele raze gamma. sunt contabilizate semnale care au rămas după surse cunoscute precum găurile negre și supernovele. Atunci când echipa a comparat o hartă a razelor gamma nerezolvate cu o hartă a densității materiei în aceeași secțiune a universului, au descoperit că razele se aliniau exact cu zone gravitațional masive în care se preconiza că materia întunecată se ascunde.
Conform co-autorului studiului, Daniel Gruen, această corelație sugerează că materia întunecată poate fi în mare măsură responsabilă pentru fundalul slab al razelor gamma al universului. Dacă acesta este cazul, ar putea oferi astronomilor câteva indicii vitale despre proprietățile misterioase ale substanței.
"Materia întunecată s-ar putea descompune ca un nucleu radioactiv, producând raze gamma așa cum se întâmplă", a declarat Live Science Gruen, un astrofizician la Laboratorul Național de Accelerator al SLAC al Departamentului de Energie al Universității Stanford din California. „Sau poate mai multe particule de materie întunecată se ciocnesc, producând raze gamma în timp ce interacționează.”
Ondulări în întuneric
Materia întunecată este gândită să reprezinte aproximativ 85% din masa universului, deși cercetătorii nu sunt încă pozitivi ce este sau unde este. Total invizibile instrumentelor științifice moderne, lucrurile nu au fost niciodată detectate cu succes.
„Știm însă unele proprietăți ale materiei întunecate”, a spus Gruen. "Știm că este foarte comună și știm că are masă care interacționează gravitațional cu altă masă."
Cu alte cuvinte, chiar dacă materia întunecată este invizibilă, ea are un impact vizibil asupra universului prin gravitația sa puternică. Unul dintre aceste impacturi este cunoscut sub denumirea de lentile gravitaționale - în esență, modul în care lumina din galaxiile îndepărtate este deformată de gravitatea obiectelor masive pe care le trece pe Pământ.
Pentru noul studiu, cercetătorii au analizat o hartă a lentilelor gravitaționale într-o anumită bucată a universului, compilată de un proiect numit Dark Energy Survey (DES). Montată pe un telescop uriaș din Chile, camera dedicată a sondajului a petrecut un an surprinzând imagini de înaltă definiție cu sute de milioane de galaxii, concentrându-se pe locul în care lumina îndepărtată este cea mai neajunsă de buzunarele cu o gravitate intensă. În timp ce unele dintre cele mai masive regiuni de pe harta rezultată corespund galaxiilor cunoscute, alte buzunare puternice arată probabil influența ascunsă a materiei întunecate la locul de muncă, a spus Gruen.
Pentru a înțelege mai bine cum ar putea arăta acea influență, cercetătorii au comparat această hartă de masă cu o hartă a emisiilor de raze gamma detectate în aceeași regiune de telescopul cu raze gamma Fermi de la NASA în ultimii nouă ani. Folosind un model matematic, echipa a eliminat toată radiația care ar putea fi legată definitiv de surse „mundane” precum găurile negre și supernovele, bazate pe puterea lor de energie, distanță și alți alți factori.
Acum, rămânând doar cu misterioasele surse de „raze gamma” nerezolvate, echipa a comparat ambele hărți. Au văzut o suprapunere clară între regiunile cu radiații gamma ridicate și regiunile cu multă masă.
"Acesta este primul studiu în care am fost siguri că, acolo unde există o mulțime de raze gamma, există, de asemenea, multă materie întunecată", a spus Gruen.
Dacă materia întunecată emite cu adevărat raze gamma, aceasta ar putea restrânge serios modul în care este detectată și din ce este făcută de fapt. Cu toate acestea, este încă posibil ca fondul slab de raze gamma de pe harta Fermi să nu aibă nicio legătură cu materia întunecată, a spus Gruen. Modelul matematic pe care cercetătorii l-au folosit pentru a elimina acele surse „mundane” de emisii de raze gamma (cum ar fi găurile negre) se bazează pe unele ipoteze cu privire la proprietățile acelor obiecte. Dacă aceste ipoteze sunt greșite, găurile negre îndepărtate ar putea fi responsabile de mult mai mult din misteriosul fundal de raze gamma decât au explicat cercetătorii.
"Poate că modelul este incomplet și poate că învățăm ceva despre aceste găuri negre care emit raze gamma", a spus Gruen. „Poate că aceste găuri negre trăiesc în galaxii mai masive decât credeam noi”.
Mai multe date atât despre raze gamma, cât și pe lentile gravitaționale vor ajuta echipa să-și perfecționeze modelul și să-și interpreteze mai bine hărțile universului. De la concluzia studiului, DES a colectat de șase ori mai multe informații despre distribuția de masă a universului, iar satelitul FERMI rămâne unul dintre numeroasele telescoape care urmăresc exploziile cu raze gamma. Un studiu de urmărire care arată rezultate chiar mai clare ar trebui să urmeze în următorii ani, a spus Gruen.
