Rozbłyski gamma w centrum Drogi Mlecznej to nie ciemna materia

dnia 03/02/2016

galacticcent

Rozbłyski promieniowania gamma z środka naszej galaktyki najprawdopodobniej nie są oznakami ciemnej materii lecz odpowiadają za nie inne zjawiska astrofizyczne, np. szybko obracające się gwiazdy – pulsary milisekundowe – tak przynajmniej wskazują wyniki badań prowadzonych przez dwa niezależne zespoły – jeden z Princeton University oraz Massachusetts Institute of Technology, a drugi z Holandii.

Wcześniejsze badania wskazywały, że promieniowanie gamma pochodzące z gęstego obszaru przestrzeni w centrum Drogi Mlecznej może być spowodowane przez zderzenia cząstek niewidzialnej ciemnej materii. Jednak korzystając z nowych metod analizy statystycznej dwa zespoły badawcze niezależnie wykazały, że sygnały gamma nie odpowiadają charakterystyce sygnałów, które mogłyby pochodzić od ciemnej materii. Oba zespoły ogłosiły wyniki swoich badań w tym tygodniu na łamach periodyku Physical Review Letters.

„Nasza analiza wskazuje, że to co widzimy to dowód nowego astrofizycznego źródła promieniowania gamma w centrum galaktyki,” mówi Mariangela Lisanti, profesor fizyki z Princeton. „To bardzo skomplikowany obszar nieba w którym występują także inne sygnały astrofizyczne, które można pomylić z sygnałami ciemnej materii.”

Uważa się, że centrum Drogi Mlecznej zawiera duże ilości ciemnej materii, bowiem znajduje się tam duże nagromadzenie masy, w tym gęste gromady gwiazd i czarna dziura. Ostateczne odkrycie zderzeń ciemnej materii w centrum galaktyki stanowiłoby istotny krok w potwierdzeniu naszej wiedzy o Wszechświecie. „Znalezienie bezpośredniego dowodu tych zderzeń byłoby interesujące ponieważ pomogłoby nam zrozumieć związek między ciemną materią i zwykłą materią,” mówi Benjamin Safdi, badacz z MIT.

Aby sprawdzić czy sygnały pochodzą od ciemnej materii czy innych źródeł, zespół badawczy z Princeton/MIT  zastosował techniki obróbki zdjęć. Naukowcy sprawdzili jak powinny wyglądać promienie gamma jeżeli pochodziłyby od zderzeń hipotetycznych cząstek ciemnej materii znanych jako WIMP (weakly interacting massive particles). W ramach analizy Lisanti, Safdi, Samuel Lee, Wei Xue  i Tracy Slatyer  badali zdjęcia promieni gamma wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Fermi, który śledzi promieniowanie gamma od 2008 roku.

Uważa się, że cząsteczki ciemnej materii odpowiadają za 85% masy Wszechświata choć nigdy nie zostały bezpośrednio zaobserwowane. Zderzenie dwóch cząstek WIMP według ogólnie przyjętego modelu ciemnej materii powoduje ich annihilację, w trakcie której wyemitowane zostaje promieniowanie gamma, które jest najbardziej energetyczną formą promieniowania we Wszechświecie.

Zgodnie z tym modelem energetyczne fotony powinny być równomiernie rozmieszczone na wielu pikselach zdjęć wykonanych za pomocą teleskopu Fermi. Z drugiej strony, inne źródła, takie jak chociażby szybko obracające się gwiazdy – pulsary emitują rozbłyski promieniowania w wyizolowanych, jasnych, pojedynczych pikselach.

Naukowcy zastosowali swoją metodę analizy statystycznej do zdjęć zarejestrowanych za pomocą teleskopu Fermi i odkryli, że rozkład fotonów jest zlokalizowany miejscowo, a nie gładki i równomierny, co wskazuje na to, że promienie gamma najprawdopodobniej nie pochodzą od zderzeń cząstek ciemnej materii.

Jak na razie nie wiadomo co jest źródłem tego promieniowania, mówi Lisanti, lecz jedną z możliwości mogą być bardzo stare pulsary milisekundowe.  Zbadanie źródła tego promieniowania może być możliwe przy wykorzystaniu innych typów przeglądów nieba – np. za pomocą teleskopów rejestrujących promieniowanie w zakresie radiowym.

Douglas Finkbeiner, profesor astronomii i fizyki na Harvardzie, który nie jest bezpośrednio związany z powyższymi badaniami wskazuje, że choć wyniki komplikują poszukiwanie ciemnej materii, to prowadzą do innych odkryć. „Naszym zadaniem jako astrofizyków jest scharakteryzowanie tego co widzimy we Wszechświecie, a nie potwierdzanie jakiegoś wcześniej ustalonego, wymarzonego wyniku. Oczywiście doskonale byłoby odkryć ciemną materię, ale samo rozszyfrowanie co tam się dzieje tak naprawdę jest równie ekscytujące.”

Według Christopha Wenigera z University of Amsterdam, głównego autora badań prowadzonych w Holandii, uzyskane wyniki także stanowią rewelacyjną wiadomość. „Albo w ciągu najbliższej dekady znajdziemy setki i tysiące pulsarów milisekundowych – co rzuciłoby nowe światło na historię Drogi Mlecznej, albo nie znajdziemy nic.  W tym drugim przypadku ciemna materia znów stanie się silnym kandydatem do wytłumaczenia nadwyżki promieniowania gamma.”

Źródło: Physical Review Letters / Princeton University / phy.so

Dodaj komentarz