Există o mulțime de întâmplări misterioase în centrul Căii Lactee. Gura neagră supermasivă care locuiește acolo este șef printre ei. Există însă un alt puzzle intrigant: o regiune sferică neașteptată cu emisii intense de raze gamma.
Un nou studiu sugerează că materia întunecată ar putea fi în spatele acestor emisii.
Există o mulțime de surse de raze gamma în univers și majoritatea sunt bine înțelese. Pulsars, magnetars și quasars produc toate raze gamma. Dar pot să dea socoteală pentru razele gamma care vin din centrul galaxiei noastre?
Razele gamma sunt puternice. Ele sunt o formă de radiație electromagnetică pătrunzătoare produsă de cele mai energice fenomene din Univers. Au cele mai scurte lungimi de undă ale oricărui tip de radiații electromagnetice și cea mai mare energie fotonică.
Excesul de raze gamma din inima Căii Lactee este cunoscut fizicienilor și ei îl numesc excesul de centru galactic (GCE.) Știm multe despre Calea Lactee și această cunoaștere a redus explicațiile pentru GCE până la două posibilități de conducere: fie o populație de pulsars, care rotesc rapid stele neutronice, fie materie întunecată. Fizicienii consideră că, dacă este materia întunecată, există într-un nor dens din centrul galaxiei, ciocnind cu ea însăși și anihilându-se pentru a produce raze gamma.
În 2015, un studiu a arătat că sursa pentru GCE a fost de fapt pulsars, iar materia întunecată nu a fost implicată. Studiul a provenit de la o echipă de cercetători de la Princeton și MIT, inclusiv profesor asociat de fizică Tracy Slatyer. Au folosit observații ale centrului galactic, luate cu Telescopul spațial cu raze Gamma, împreună cu un model care descrie toate interacțiunile din Calea Lactee care ar putea produce raze gamma. Au ajuns la concluzia că pulsars erau responsabili.
Dar un nou studiu, care implică și Slatyer de la MIT, pare să fi răsturnat acele rezultate și a indicat materia întunecată drept sursa tuturor acestor raze gamma.
Noul studiu este intitulat „Revigorarea ipotezei materiei întunecate pentru excesul de rază gamma-centru al Centrului Galactic” și este publicat în „Physical Review Letters”. Autorii sunt Tracy Slatyer de la Centrul de Fizică Teoretică din MIT și Rebecca Leane de la Școala de Științe Naturale, Institutul de Studii Avansate. Studiul lor spune că există o problemă cu cea anterioară, iar rezultatele sale sunt nesigure. O contribuție la materia întunecată la GCE ar fi putut trece neobservată.
Dificultatea de a reduce GCE până la pulsars sau materie întunecată se datorează modului în care sunt emisiți fotonii și a capacității noastre tehnologice de a le detecta. Razele gamma din materia întunecată ar fi difuze, în timp ce cele provenite din pulsars ar fi surse de punct mai concentrate. În 2015, toate razele gamma au apărut difuze, dar asta s-ar putea datora faptului că sursele punctuale par difuze la telescoapele noastre, care au o rezoluție spațială limitată. În 2015, cercetătorii au ajuns la concluzia că pulsars erau responsabili.
Calea Lactee este mai mult sau mai puțin plană, cu o bombă în centru. Razele gamma ocupă o regiune sferică în centru aproximativ 5.000 de ani lumină în rază. Metoda pe care Slatyer și colegii ei au dezvoltat-o în 2015 au încercat să rezolve dacă această regiune sferică era „lină” sau dacă era „boală”. Raționamentul lor a fost că, dacă pulsarsele sunt sursa razelor gamma, atunci acele raze gamma ar trebui să facă ca acea regiune sferică să pară granuloasă. Ar exista decalaje întunecate între razele gamma în care nu existau surse pulsare.
Dar dacă razele gamma ar proveni din materie întunecată, atunci regiunea sferică ar fi netedă. „Fiecare linie de vedere spre centrul galactic are probabil particule de materie întunecată, așa că nu ar trebui să văd niciun gol sau vreun punct rece în semnal”, a explicat Slatyer.
Ei au dezvoltat un model care a explicat toată materia și gazul din Calea Lactee și toate interacțiunile de particule care ar putea produce raze gamma. Apoi au luat în considerare modele pentru regiunea sferică a GCE, care erau fie granuloase, fie netede, și o metodă statistică pentru a le deosebi. Apoi au luat acel model și au introdus în el observații reale ale telescopului spațial Gamma-ray Fermi, pentru a vedea dacă observațiile se încadrează fie într-un profil de granulat, fie într-un profil lin.
Dacă observațiile se încadrează într-un profil grăbit, atunci pulsarii ar putea explica razele gamma. Dacă se încadrează într-un profil neted, atunci materia întunecată le-ar putea explica. Profilul boier a fost o potrivire copleșitoare.
„Am văzut că este 100% granuloasă și așa am spus,„ oh, materia întunecată nu poate face asta, așa că trebuie să fie altceva ”, își amintește Slatyer. „Speranța mea a fost că acesta va fi doar primul dintre multe studii din regiunea centrului galactic folosind tehnici similare. Însă până în 2018, principalele verificări încrucișate ale metodei au fost în continuare cele pe care le-am făcut în 2015, ceea ce m-a făcut destul de nervos că poate am pierdut ceva. ”
În cele din urmă, Slatyer și Leane au decis să testeze modelul. Slatyer era îngrijorat de faptul că s-ar putea să nu fie suficient de robust. Au decis să creeze o hartă „falsă” a cerului, inclusiv un semnal de materie întunecată și pulsars care nu erau asociați cu GCE. Au integrat-o în model și, chiar dacă datele lor conțineau un semnal fals de materie întunecată, modelul a ajuns la concluzia că acesta era granulat și, prin urmare, dominat prin pulsare. Potrivit lui Slatyer, aceasta a fost o dovadă că modelul lor nu era nepriceput și că mai există loc pentru ca materia întunecată să joace un rol în GCE.
„Dacă este într-adevăr materia întunecată, aceasta ar fi prima dovadă a materiei întunecate care interacționează cu materia vizibilă prin alte forțe decât gravitația.”
Rebecca Leane, coautor, Școala de Științe Naturale, Institutul de Studii Avansate.
Apoi, un coleg a sugerat ca cercetătorii să adauge un semnal fals de materie întunecată, combinat cu observații reale de la Fermi pentru a testa modelul lor, în loc de o hartă de fundal falsă.
Au făcut acest lucru, iar modelul lor statistic a eșuat testul. În ciuda semnalului neted de materie întunecată, modelul a întors un rezultat dominat prin pulsare. Au pornit semnalul de materie întunecată până la patru ori mai mare decât dimensiunea GCE actuală și încă modelul lor nu a reușit să-l detecteze.
„„ În acea etapă, am fost destul de încântat, pentru că știam că implicațiile sunt foarte mari - însemna că explicația materiei întunecate a fost din nou pe masă ”, spune Leane.
Dacă aceste rezultate cele mai noi sunt corecte, atunci este mare.
„Dacă este într-adevăr materia întunecată, aceasta ar fi prima dovadă a materiei întunecate care interacționează cu materia vizibilă prin alte forțe decât gravitația”, spune Leane. „Natura materiei întunecate este una dintre cele mai mari întrebări deschise în fizică în acest moment. Identificarea acestui semnal ca materie întunecată ne poate permite să expunem în sfârșit identitatea fundamentală a materiei întunecate. Indiferent care se dovedește a fi excesul, vom învăța ceva nou despre univers. ”
"Este interesant că am considerat că am eliminat posibilitatea ca aceasta să fie o chestie întunecată", a spus Slatyer într-un comunicat de presă. „Dar acum există o lacună, o eroare sistematică în afirmația pe care am făcut-o. Deschide ușa pentru ca semnalul să vină din materie întunecată. "
Acest nou rezultat este publicat în revista „Physical Review Letters”, ediția din 11 decembrie.
Mai Mult:
- Comunicat de presă al MIT: Există materie întunecată în centrul Căii Lactee?
- Document de cercetare: renașterea ipotezei materiei întunecate pentru excesul de raze gamma-centru al centrului galactic
- Wikipedia: Particule masive care interacționează slab (WIMPs)
