Има пуно мистериозних дешавања у центру Млечног пута. Супермасивна црна рупа која тамо живи је главна међу њима. Али ту је и још једна интригантна загонетка: неочекивана сферна област интензивне емисије гама зрака.
Ново истраживање показује да би иза тих емисија могла стајати тамна материја.
Постоји много извора гама зрака у свемиру и већина их се добро разуме. Пулсари, магнетари и квазари производе гама зраке. Али да ли могу да објасне гама зраке који долазе из центра наше галаксије?
Гама зраци су моћни. Они су облик продора електромагнетног зрачења произведен од најенергичнијих појава у Универзуму. Имају најкраће таласне дужине било које врсте електромагнетног зрачења и највећу енергију фотона.
Вишак гама зрака у срцу Млечног пута познат је физичарима, а називају га и вишком галактичког центра (ГЦЕ.) Знамо много о Млечном путу, а то је знање сузило објашњења за ГЦЕ све до две водеће могућности: или популација пулсара, које се брзо окрећу неутронске звезде, или тамна материја. Физичари сматрају да ако је тамна материја, она постоји у густом облаку у средишту галаксије, судара се сам са собом и уништава се како би произвела гама зраке.
У 2015. години, истраживање је показало да су извор за ГЦЕ у ствари пулсари, а тамна материја није била укључена. Та студија је потекла од тима истраживача с Принцетона и МИТ-а, укључујући ванредног професора физике Траци Слатиер. Они су користили осматрања галактичког центра снимљена свемирским телескопом Ферми гама, заједно са моделом који описује све интеракције у Млечном путу које могу произвести гама зраке. Закључили су да су одговорни пулсари.
Но, нова студија, која такође укључује Слатиера са МИТ-а, изгледа да је поништила те резултате, и указала на тамну материју као на извор свих тих гама зрака.
Нова студија носи назив „Оживљавање хипотезе мрачне материје за вишак галактичког центра Галактичког центра“ и објављена је у Физичким прегледним писмима. Аутори су Траци Слатиер из Центра за теоријску физику на МИТ-у и Ребецца Леане са Природно-математичке школе Института за напредне студије. Њихова студија каже да постоји проблем са старијом, а њени резултати су непоуздани. Допринос тамне материје ГЦЕ-у могао је проћи незапажено.
Потешкоћа у сужавању ГЦЕ на пулсар или тамну материју своди се на начин емитовања фотона и на нашу технолошку способност да их детектујемо. Гама зраци из тамне материје би били дифузни, док би они из пулсара били више концентровани тачкасти извори. У 2015. години сви гама зраци појавили су се дифузно, али то би могло бити јер тачки извори изгледају дифузно на наше телескопе, који имају ограничену просторну резолуцију. Током 2015. године, истраживачи су закључили да су одговорни пулсари.
Млечни пут је мање-више раван, у средини је избочина. Гама зраци заузимају сферно подручје у центру у радијусу од око 5.000 светлосних година. Метода коју су Слатиер и њене колеге развили 2015. покушали су да разреше да ли је та сферна област „глатка“ или је „зрнаста“. Њихово резоновање је било да ако су пулсари извор гама зрака, тада би ти гама зраци требали учинити да та сферна регија изгледа зрнато. Била би тамна празнина између гама зрака тамо где нема извора пулсара.
Али када би гама зраци долазили од тамне материје, тада би сферна област била глатка. "Свака линија погледа према галактичком центру вероватно има честице тамне материје, тако да не бих смео да видим никакве празнине или хладне тачке на сигналу", објаснио је Слатиер.
Они су развили модел који је сносио сву материју и гас у Млечном путу и све интеракције честица које могу произвести гама зраке. Затим су размотрили моделе за сферну регију ГЦЕ који су били зрнати или глатки, и статистички метод да их раздвоје. Затим су узели тај модел и унијели у њега стварна опажања свемирског телескопа Ферми гама-зрака, како би утврдили да ли се запажања уклапају у зрнаст или гладак профил.
Ако се посматрања уклапају у зрнати профил, тада би пулсари могли објаснити гама зраке. Ако се уклапају у глатки профил, онда би их тамна материја могла објаснити. Зрнати профил био је неодољив фит.
"Видели смо да је 100% зрнато, па смо рекли:" ох, мрачна материја то не може учинити, па мора бити нешто друго ", присећа се Слатиер. „Надала сам се да ће ово бити само прва од многих студија региона галактичког центра користећи сличне технике. Али до 2018. године, главне унакрсне провере ове методе биле су још увек оне које смо урадили у 2015. години, што ме прилично нервирало да смо можда нешто пропустили. "
На крају су Слатиер и Леане одлучили да тестирају модел. Слатиер је био забринут да то можда није довољно робусно. Одлучили су да направе „лажну“ мапу неба, укључујући сигнал тамне материје и пулсаре који нису били повезани са ГЦЕ. Убацили су га у модел и иако су њихови подаци садржавали лажни сигнал тамне материје, модел је закључио да је зрнаст, па самим тим доминира пулсар. Према Слатиеровом мишљењу, то је био доказ да њихов модел није глупо и да тамна материја још увек има улогу у ГЦЕ-у.
"Ако је заиста тамна материја, ово би био први доказ да тамна материја делује са видљивом материјом путем сила које нису гравитационе."
Ребецца Леане, коауторица, Природњачка школа, Институт за напредне студије.
Затим је један колега предложио да истраживачи додају лажни сигнал тамне материје у комбинацији са стварним Фермијевим опажањима да би тестирали свој модел, уместо лажне позадинске мапе.
Они су то и урадили, а њихов статистички модел није успео на тесту. Упркос глатком сигналу тамне материје, модел је вратио зрнаст резултат у којем доминира пулсар. Они су активирали сигнал своје тамне материје до четири пута веће од стварног ГЦЕ и даље их њихов модел није успео да детектује.
"" У тој фази био сам прилично узбуђен, јер сам знао да су импликације веома велике - то је значило да се објашњење тамне материје вратило на сто ", каже Леане.
Ако су ови најновији резултати тачни, велика је ствар.
"Ако је заиста тамна материја, ово би био први доказ да тамна материја делује са видљивом материјом преко сила које нису гравитационе", каже Леане. „Природа тамне материје је једно од највећих отворених питања у физици у овом тренутку. Идентификација овог сигнала као тамне материје може нам омогућити да коначно разоткријемо основни идентитет тамне материје. Без обзира за шта се искаже вишак, научићемо нешто ново о универзуму. "
"Узбудљиво је то што смо мислили да смо елиминисали могућност да је то тамна материја," рекао је Слатиер у саопштењу за штампу. „Али сада постоји рупа, систематска грешка у захтеву који смо изнели. Отвара врата за сигнал који долази из тамне материје. "
Овај нови резултат објављен је у броју часописа Пхисицал Ревиев Леттерс, 11. децембра.
Више:
- Саопштење за МИТ: Да ли је тамна материја у центру Млечног пута?
- Истраживачки рад: Хипотеза оживљавања мрачне материје за вишак галактичког центра Галактичког центра
- Википедија: Слабо интерактивне масивне честице (ВИМПс)
