To nie ciemna materia odpowiada za nadmiar promieniowania gamma z centrum Galaktyki

Obserwowana emisja gamma z dysku Galaktyki z zaznaczonym zgrubieniem centralnym. Kwadraty przedstawiają oczekiwane profile nadmiaru promieniowania pochodzącego kolejno od ciemnej materii i gwiazd. Badacze byli w stanie wykazać, że profil gwiazd odpowiada pomiarom dużo dokładniej niż profil ciemnej materii. Credit: Christopher Weniger, University of Amsterdam/FermiLAT

Od niemal 10 lat astronomowie badają tajemnicze rozproszone promieniowanie pochodzące z centrum naszej galaktyki. Pierwotnie uważano, że to promieniowanie może być emitowane przez cząstki ciemnej materii poszukiwane od dawna przez naukowców. Niestety, fizycy z University of Amsterdam oraz Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de Physique Theorique odkryli teraz nowe dowody na to, że szybko rotujące gwiazdy neutronowe są dużo bardziej prawdopodobnym źródłem tego promieniowania. Wyniki badań opublikowano wczoraj w periodyku Nature Astronomy.

Obserwacje promieniowania gamma z centralnego obszaru galaktyki prowadzone za pomocą teleskopu Fermi Large Area Telescope (FermiLAT) pozwoliły naukowcom dostrzec tajemniczą rozproszoną i rozległą emisję. Odkryta prawie 10 lat temu, owa emisja wzbudziła dużo ekscytacji w społeczności fizyków cząstek, ponieważ miała wszystkie cechy charakterystyczne dla sygnału anihilacji cząstek ciemnej materii w wewnętrznych obszarach Drogi Mlecznej. Odkrycie takiego sygnału pozwoliłoby potwierdzić, że ciemna materia, którą jak dotąd obserwowano jedynie poprzez jej wpływ grawitacyjny na inne obiekty, zbudowana jest z nowych cząstek fundamentalnych. Co więcej, pomogło by także określić masę i inne właściwości tych cząstek. Jednak najnowsze badania wskazują, że najlepszym astrofizycznym wyjaśnieniem dla nadmiaru emisji jest nowa populacja w zgrubieniu centralnym, składająca się z tysięcy szybko rotujących gwiazd neutronowych – pulsarów milisekundowych, której jak dotąd nie obserwowano na innych częstotliwościach promieniowania.

“Zrozumienie szczegółów morfologii (lokalizacji i kształtu) oraz widma nadmiarowej emisji  jest zadaniem kluczowym do odróżnienia ciemnej materii od astrofizycznych interpretacji nadmiaru promieniowania z centrum galaktyki” mówi Christoph Weniger, jeden z badaczy uczestniczących w badaniach. Najnowsze badania przeprowadzone przez badaczy z University of Amsterdam oraz Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de Physique Theorique czyli badawczą jednostkę Francuskiej Akademii Nauk, pozwoliły na odkrycie silnych dowodów, że owa emisja w rzeczywistości pochodzi z obszarów, w których znajdują się duże ilości masy gwiezdnej w zgrubieniu centralnym. Co więcej, badacze odkryli, że stosunek promieniowania do masy w zgrubieniu centralnym i w centrum galaktyki jest stały, tak więc emisja promieniowania gamma GeV jest zaskakująco precyzyjnym wskaźnikiem ilości masy gwiazd wewnątrz galaktyki. Najnowsze badania były możliwe dzięki wykorzystaniu nowego narzędzia – Sky Factorization with Adaptive Constrained Templates (SkyFACT) – opracowanego przez naukowców, a które łączy modelowanie fizyczne z analizą zdjęć.

Porównanie masy gwiezdnej (oś pozioma) i jasności w zakresie gamma (oś pionowa) dla zgrubienia centralnego (niebieski) oraz jądra galaktyki (zielony. Przewidywania populacji pulsarów milisekundowych w dysku Galaktyki (czerwony) oraz w zgrubieniu pobliskiej Galaktyki Andromedy (M31, fioletowy). Masa gwiazd i jasność są proporcjonalne względem siebie wewnątrz galaktyki (linia przerywana), co wskazuje na to, że tajemniczy nadmiar promieniowania najprawdopodobniej ma pochodzenie gwiezdne i nie pochodzi od ciemnej materii. Credit: Christopher Weniger, University of Amsterdam

Wyniki badać wspierają zatem interpretację mówiącą o tym, że nadmiar emisji pochodzi od pulsarów milisekundowych, ponieważ ani ciemna materia, ani inne zjawiska astrofizyczne najprawdopodobniej nie wskazują tak wyraźnej korelacji. “Nasze wyniki pozwolą zaplanować nowe przeglądy radiowe, które mają na celu odkrycie tej populacji pulsarów milisekundowych w zgrubieniu centralnym, za pomocą MeerKAT oraz Square Kilomere Array” mówi Francesca Calore, jednak z autorem artykułu.

Źródło: Delta Institute for Theoretical Physics