Astronomom mogło udać się bezpośrednio wykryć ciemną materię
Naukowcy korzystając z najnowszych danych z teleskopu Fermi Gamma-ray Space Telescope, zaobserwowali promieniowanie gamma, które może wskazywać na bezpośrednie wykrycie ciemnej materii.
.Na początku lat 30. XX wieku szwajcarski astronom Fritz Zwicky zaobserwował, że galaktyki w przestrzeni kosmicznej poruszają się szybciej, niż pozwalałaby na to ich masa, co skłoniło go do wysunięcia hipotezy o istnieniu niewidzialnej siły (ciemnej materii), która je spaja. Prawie 100 lat później teleskop kosmiczny Fermi Gamma-ray Space Telescope należący do NASA być może dostarczył bezpośrednich dowodów na istnienie ciemnej materii, umożliwiając po raz pierwszy „obserwacje” tej tajemniczej substancji.
Ciemna materia pozostawała zagadką od momentu jej odkrycia, a do tej pory naukowcy byli w stanie jedynie pośrednio obserwować ją poprzez jej wpływ na klasyczną materię np. poprzez jej zdolność do generowania siły grawitacyjnej wystarczającej do utrzymania galaktyk w całości. A powodem, dla którego nie można jej obserwować bezpośrednio, jest fakt, że cząsteczki tworzące ciemną materię nie oddziałują z siłą elektromagnetyczną, co oznacza, że nie pochłania, nie odbija ani nie emituje ona światła.
Istnieje wiele teorii na ten temat, ale wielu badaczy zakładało hipotezę, że ciemna materia składa się z słabo oddziałujących masywnych cząsteczek (weakly interacting massive particles – WIMP), które są cięższe od protonów, ale w bardzo niewielkim stopniu oddziałują z innymi cząstkami materii. Pomimo tego braku oddziaływania badacze przewidywali, że w przypadku zderzenia dwóch cząsteczek WIMP nastąpi ich wzajemna anihilacja i uwolnienie innych cząsteczek, w tym fotonów promieniowania gamma.
Naukowcy skupili się na obszarach, w których występuje duże stężenie ciemnej materii, takich jak centrum Drogi Mlecznej, prowadząc przez lata obserwacje astronomiczne w poszukiwaniu tych konkretnych promieni gamma (gamma ray photons).
W ramach nowego badania, naukowcy pod kierownictwem Tomonori’ego Totani z University of Tokyo, przeanalizowali najnowsze dane teleskopu Fermi Gamma-ray Space Telescope i jak twierdzą wykryli konkretne promieniowanie gamma, które mogło powstać przez anihilację teoretycznych cząsteczek ciemnej materii. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics”.
„Wykryliśmy promieniowanie gamma o energii fotonów wynoszącej 20 gigaelektronowoltów (lub 20 miliardów elektronowoltów, co stanowi niezwykle dużą ilość energii), rozciągające się w strukturze przypominającej halo w kierunku centrum galaktyki Drogi Mlecznej. Składnik emisji promieniowania gamma ściśle odpowiadał kształtowi oczekiwanemu w przypadku halo ciemnej materii” – twierdzi Tomonori Totani z University of Tokyo.
Jak opisują astronomowie, obserwowane widmo energii, czyli zakres intensywności emisji promieniowania gamma, odpowiadał emisji przewidywanej w wyniku anihilacji hipotetycznych cząsteczek WIMP o masie około 500 razy większej od masy protonu. Częstotliwość anihilacji tych cząsteczek, oszacowana na podstawie zmierzonej intensywności promieniowania gamma, również mieściła się w zakresie przewidywań teoretycznych.
Jak podkreślają naukowcy, tych pomiarów promieniowania gamma nie da się łatwo wyjaśnić innymi, bardziej powszechnymi zjawiskami astronomicznymi lub emisjami promieniowania gamma. Dlatego badacze zakładają, że te dane mogą być wskazywać na emisję promieniowania gamma z ciemnej materii, której poszukiwano od lat.
„Jeśli okaże się to prawdą, to według mojej wiedzy byłby to pierwszy przypadek, kiedy ludzkość zobaczyła ciemną materię. Okazuje się, że może być ona nową cząsteczką, której nie ma w obecnym standardowym modelu fizyki cząsteczek elementarnych. To może być duży krok w astronomii i fizyce” – podkreśla Tomonori Totani.
Chociaż astronomowie zakładają, że ich pomiary promieniowania gamma wskazują na bezpośrednie wykrycie ciemnej materii, wyniki muszą zostać zweryfikowane poprzez niezależną analizę przeprowadzoną przez innych badaczy. Nawet po uzyskaniu tego potwierdzenia naukowcy będą chcieli uzyskać dodatkowe dowody na to, że promieniowanie przypominające halo galaktyki jest rzeczywiście wynikiem anihilacji ciemnej materii, a nie pochodzi z innych zjawisk astronomicznych.
Również dodatkowe dowody zderzeń cząsteczek WIMP w innych miejscach, w których występuje wysoka koncentracja ciemnej materii, wzmocniłyby te wstępne wyniki. Zdaniem naukowców wykrycie emisji promieniowania gamma o tej samej energii z galaktyk karłowatych w obrębie halo Drogi Mlecznej potwierdziłoby analizę.
.„Nasze odkrycie będzie można potwierdzić po zgromadzeniu większej ilości danych, a jeśli tak się stanie, dostarczyłoby to jeszcze silniejszych dowodów na to, że promieniowanie gamma pochodzi z anihilacji cząsteczek WIMP i wskazuje na bezpośrednie wykrycie ciemnej materii” – podsumowuje Tomonori Totani.
Oprac. EG
