„Anihilacja” ciemnej materii może powodować świecenie w centrum Drogi Mlecznej

Tajemnicza poświata pochodząca z centrum Drogi Mlecznej może być spowodowana unicestwieniem ciemnej materii – nieuchwytnej materii, która nie emituje światła.

Według nowych badań, ciężkie cząstki ciemnej materii mogą “destrukcyjnie zderzać się” w centrum galaktyki, tworząc cząstki elementarne, a także promienie gamma – niewyjaśnione światło widziane z centrum galaktyki.

Źródłem tego niewyjaśnionego światła, zwanego Galactic Center GeV Excess (GCE), są przedmiotem dyskusji naukowców odkąd odkryto je roku 2009. Analizując dane z Fermi Gamma-ray Space Telescope NASA, naukowcy zauważyli słaby blask promieni gamma, które nie można wytłumaczyć znanymi źródłami. Od tamtej pory naukowcy zaproponowali szereg źródeł, od ciemnej materii po bardziej konwencjonalne wyjaśnienia, takie jak niezwykle szybko wirujące gwiazdy zwane pulsarami milisekundowymi [millisecond pulsar].

Teraz nowe spojrzenie na dane z ponad dziesięciu lat z teleskopu Fermiego, w połączeniu z danymi z eksperymentu na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i obserwacjami pobliskich galaktyk karłowatych, sugeruje, że ciężkie cząstki ciemnej materii w centrum galaktyki mogą wyjaśnić poświatę.

„Myślę, że najciekawszym odkryciem jest to, że ciemna materia może wyjaśnić GCE” – powiedział główny autor badania Mattia di Mauro, badacz z oddziału Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej we Włoszech w Turynie. „Tego wyniku nigdy nie znaleziono w modelu, w którym wszystko, gęstość ciemnej materii i model fizyki cząstek, są brane pod uwagę”.

W nowej analizie di Mauro dokładnie zbadał nadmiar światła gamma, aby zmapować jego położenie, kształt i poziomy energii. Wyniki opublikowane 22 marca w czasopiśmie Physical Review D wykazały, że poświata jest dość kulista i symetrycznie wyśrodkowana w środku Drogi Mlecznej.

W ramach dalszych badań, opublikowanych w bazie danych preprintów arXiv, di Mauro i współpracownik Martin Wolfgang Winkler, badacz z Uniwersytetu Sztokholmskiego i Centrum Fizyki Kosmocząstek Oskara Kleina w Szwecji, zbadali, co blask promieniowania gamma może ujawnić na temat ciemnej materii. Poszukując podobnych blasków gamma w karłowatych galaktyk sferoidalnych (dwarf spheroidal galaxy) i dzięki obserwacją nadmiaru pozytonów [dodatnio naładowanych partnerów antymaterii elektronów] pochodzących z tych galaktyk, naukowcy byli w stanie obliczyć masę i przekrój poprzeczny ciemnej materii.

Wyniki sugerują, że cząstki ciemnej materii mają masę około 60 gigaelektronowoltów – około 60 razy więcej niż masa protonu. Kiedy te cząstki ciemnej materii zderzają się, anihilują się w miony i antymiony, czyli elektrony i pozytony. Jeśli ta hipoteza jest słuszna, cząstki ciemnej materii takie jak te mogłyby zostać stworzone na Ziemi za pomocą istniejących narzędzi, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, co pomogłoby naukowcom zawęzić zakres poszukiwań.

Jednak nie wszyscy naukowcy są przekonani do nowych wyników. Kilka wcześniejszych grup naukowców wykluczyło udział w GCE cząstek ciemnej materii, które są mniej masywne niż 400 gigaelektronowoltów. Inni sceptycy argumentują, że nadmiar światła pochodzi z nieodkrytych gwiazd, ponieważ rozkład światła jest ściśle powiązany z tym, gdzie powinny znajdować się populacje gwiazd.

„Zdecydowali się nie uwzględniać [rozkładów gwiazd] w swoich analizach, co dla mnie nie jest zrozumiałe zarówno ze statystycznego, jak i fizycznego punktu widzenia” – powiedział Oscar Macias Ramirez, astronom z Uniwersytetu w Amsterdamie, który nie był zaangażowany w nowe badania. „Z fizycznego punktu widzenia nie należy zapominać, że istnieje po prostu zbyt wiele potencjalnych emiterów promieniowania gamma, które żyją z gwiazdami”.

Macias Ramirez powiedział, że jeśli nadmiar światła rzeczywiście pochodzi z pulsarów milisekundowych lub innych gwiazd, nadchodzące radioteleskopy, takie jak Square Kilometer Array na australijskim pustkowiu, teleskopy rentgenowskie lub wysokoenergetyczne teleskopy promieniowania gamma, takie jak Cherenkov Telescope Array obecnie budowana na pustyni Atakama w Chile, może wykryć te gwiezdne populacje i zamknąć debatę w ciągu najbliższych pięciu lat.

Źródło: Mara Johnson-Groh

Characteristics of the Galactic Center excess measured with 11 years of Fermi-LAT data

Strong constraints on thermal relic dark matter from Fermi-LAT observations of the Galactic Center

The Fermi-LAT GeV excess as a tracer of stellar mass in the Galactic bulge

Zdjęcie: Mattia Di Mauro (ESO/Fermi-Lat)

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x