Piena ceļa centrā notiek daudz noslēpumainu notikumu. Starp tiem ir lielākais melnais caurums, kas tur atrodas. Bet tur ir vēl viena intriģējoša mīkla: negaidīts sfērisks apgabals ar intensīvu gamma starojuma izstarojumu.
Jauns pētījums liecina, ka tumšās vielas varētu būt aiz šīm emisijām.
Visumā ir daudz gamma staru avotu, un vairums no tiem ir labi saprotami. Pulsāri, magnāti un kvazāri rada gamma starus. Bet vai viņi var atbildēt par gamma stariem, kas nāk no mūsu galaktikas centra?
Gamma stari ir spēcīgi. Tie ir caurspīdīga elektromagnētiskā starojuma veids, ko rada visenerģētiskākās parādības Visumā. Viņiem ir visīsākie jebkura veida elektromagnētiskā starojuma viļņu garumi un visaugstākā fotonu enerģija.
Gamma staru pārpalikums Piena ceļa centrā ir zināms fiziķiem, un viņi to sauc par galaktiskā centra pārmērību (GCE.) Mēs zinām daudz par Piena ceļu, un šīs zināšanas ir sašaurinājušas GCE skaidrojumus līdz divas galvenās iespējas: vai nu pulsars, kas ātri rotē neitronu zvaigznes, vai tumšā viela. Fiziķi domā, ka, ja tā ir tumšā matērija, tā pastāv blīvā mākoņā galaktikas centrā, saduras ar sevi un iznīcina sevi, lai iegūtu gamma starus.
2015. gadā veikts pētījums parādīja, ka GCE avots faktiski bija pulsars un tumšā viela netika iesaistīta. Šis pētījums nāca no Prinstonas un MIT pētnieku grupas, ieskaitot fizikas asociēto profesoru Tracy Slatyer. Viņi izmantoja galaktikas centra novērojumus, kas veikti ar Fermi gamma staru kosmisko teleskopu, kā arī modeli, kas apraksta visas Piena ceļa mijiedarbības, kas varētu radīt gamma starus. Viņi secināja, ka pulsāri ir atbildīgi.
Bet jauns pētījums, kurā piedalījās arī Slatyer no MIT, šķiet, ir apgāzis šos rezultātus un norādījis uz tumšo vielu kā visu šo gamma staru avotu.
Jaunā pētījuma nosaukums ir “Tumšo vielu hipotēzes atdzimšana galaktiskā centra gamma-staru pārsniegumā”, un tas ir publicēts žurnālā Physical Review Letters. Autori ir Tracy Slatyer no MIT Teorētiskās fizikas centra un Rebecca Leane no padziļinātu pētījumu institūta Dabaszinātņu skolas. Viņu pētījumā teikts, ka pastāv problēma ar iepriekšējo, un tā rezultāti nav ticami. Tumšās vielas ieguldījums GCE varēja palikt nepamanīts.
Grūtības sašaurināt GCE līdz pulsāriem vai tumšajai vielai ir saistītas ar fotonu izstarošanu un mūsu tehnoloģisko spēju tos atklāt. Tumšās vielas gamma stari būtu izkliedēti, savukārt pulsa starojuma avoti būtu koncentrētāki punktveida avoti. 2015. gadā visi gamma stari parādījās izkliedēti, bet tas varētu būt tāpēc, ka punktveida avoti mūsu teleskopiem ir izkliedēti, kuriem ir ierobežota telpiskā izšķirtspēja. 2015. gadā pētnieki secināja, ka pulsāri ir atbildīgi.
Piena ceļš ir vairāk vai mazāk plakans, un centrā ir izliekums. Gama stari centrā aptuveni 5000 gaismas gadu rādiusā aizņem sfērisku apgabalu. Metode, kuru Slatyer un viņas kolēģi izstrādāja 2015. gadā, mēģināja noteikt, vai šis sfēriskais reģions ir “gluds” vai ja tas ir “graudains”. Viņu argumentācija bija tāda, ka, ja gamma staru avots ir impulsi, tad šiem gamma stariem vajadzētu padarīt šo sfērisko reģionu graudainu. Starp gamma stariem, kur nebija pulsara avotu, būtu tumšas spraugas.
Bet, ja gamma stari nāk no tumšās matērijas, tad sfēriskais reģions būs gluds. “Katrā redzes līnijā virzienā uz galaktikas centru, iespējams, ir tumšās matērijas daļiņas, tāpēc man nevajadzētu redzēt signālā nekādas spraugas vai aukstas vietas,” skaidroja Slatjērs.
Viņi izstrādāja modeli, kas atspoguļoja visu lietu un gāzi Piena ceļā, kā arī visu daļiņu mijiedarbību, kas varēja radīt gamma starus. Pēc tam viņi apsvēra GCE sfēriskā apgabala modeļus, kas bija graudaini vai gludi, un statistisko metodi, kā tos atšķirt. Tad viņi paņēma šo modeli un ievadīja tajā Fermi gamma-ray kosmiskā teleskopa novērojumus, lai noskaidrotu, vai novērojumi ietilpst graudainā vai gludā profilā.
Ja novērojumi iekļaujas graudainā profilā, tad impulsi varētu izskaidrot gamma starus. Ja tie iederas gludā profilā, tad tumšā matērija tos varētu izskaidrot. Graudainais profils bija pārliecinoši piemērots.
"Mēs redzējām, ka tas ir simtprocentīgi graudains, un tāpēc mēs teicām:" ak, tumšā matērija to nevar izdarīt, tāpēc tam ir jābūt kaut kam citam, "" Slatyer atgādina. “Es ceru, ka šis būs tikai pirmais no daudzajiem galaktikas centra reģiona pētījumiem, izmantojot līdzīgas metodes. Bet līdz 2018. gadam galvenās metodes savstarpējās pārbaudes joprojām bija tās, kuras mēs izdarījām 2015. gadā, kas mani diezgan satrauca, ka mēs varbūt kaut ko palaidām garām. ”
Galu galā Slatyer un Leane nolēma pārbaudīt modeli. Slatyers pauda bažas, ka tas varētu nebūt pietiekami spēcīgs. Viņi nolēma izveidot “viltus” debess karti, kurā iekļauts tumšās vielas signāls un pulsators, kas nebija saistīts ar GCE. Viņi to ievadīja modelī un, kaut arī viņu dati saturēja viltus tumšās vielas signālu, modelis secināja, ka tas bija graudains un tāpēc dominēja pulsars. Pēc Slatyer teiktā, tas bija pierādījums tam, ka viņu modelis nebija drošs un ka GCE joprojām bija vieta tumšai matērijai.
"Ja tā patiešām ir tumšā matērija, tas būtu pirmais pierādījums tam, ka tumšā matērija mijiedarbojas ar redzamo matēriju, izmantojot citus spēkus, nevis gravitācijas spēkus."
Rebeka Leane, Papildu studiju institūta Dabaszinātņu skolas līdzautore.
Tad kolēģis ieteica pētniekiem viltotas fona kartes vietā pievienot viltus tumšās vielas signālu apvienojumā ar reāliem Fermi novērojumiem, lai pārbaudītu viņu modeli.
Viņi to izdarīja, un viņu statistiskais modelis neizturēja pārbaudi. Neskatoties uz vienmērīgo tumšās vielas signālu, modelis atdeva graudainu rezultātu, kurā dominēja pulsars. Viņi pagrieza savu tumšās matērijas signālu līdz četrreiz lielākam par faktisko GCE un joprojām viņu modelim to neizdevās atklāt.
““ Līdz tam posmam es biju diezgan satraukts, jo es zināju, ka sekas ir ļoti lielas - tas nozīmēja, ka tumšās matērijas skaidrojums atkal bija uz galda, ”stāsta Leane.
Ja šie jaunākie rezultāti ir pareizi, tad tas ir daudz.
"Ja tā patiešām ir tumšā matērija, tas būtu pirmais pierādījums tam, ka tumšā matērija mijiedarbojas ar redzamo matēriju ar spēku, kas nav gravitācijas spēks," saka Leane. “Tumšās matērijas būtība šobrīd ir viens no lielākajiem atklātajiem jautājumiem fizikā. Šī signāla identificēšana par tumšo vielu var ļaut mums beidzot atklāt tumšās matērijas pamatidentitāti. Neatkarīgi no tā, cik lielais izrādās, mēs uzzināsim kaut ko jaunu par Visumu. ”
"Tas ir aizraujoši ar to, ka mēs domājām, ka esam izslēdzuši iespēju, ka tā ir tumšā matērija," paziņojumā presei sacīja Slatjers. “Bet tagad mūsu prasībā ir nepilnības, sistemātiska kļūda. Tas atkal atver durvis signālam, kas nāk no tumšās matērijas. ”
Šis jaunais rezultāts ir publicēts žurnāla Physical Review Letters 11. decembra numurā.
Vairāk:
- MIT paziņojums presei: vai Piena ceļa centrā ir tumšā matērija?
- Pētījuma darbs: Tumšo vielu hipotēzes atdzimšana galaktiskā centra gamma-staru pārsniegumā
- Wikipedia: vāji mijiedarbojošās masīvās daļiņas (WIMP)
