Οι φυσικοί αναβιώνουν το κυνήγι για τη σκοτεινή ύλη στην καρδιά του Γαλαξία

Ένας αμφιλεγόμενος ισχυρισμός για τη σκοτεινή ύλη μπορεί να επιστρέφει. Πριν από τρία χρόνια, μια ομάδα αστροφυσικών σωματιδίων φάνηκε να απορρίπτει την ιδέα ότι μια αμυδρή λάμψη ακτίνων γάμμα στην καρδιά του Γαλαξία μας θα μπορούσε να προέρχεται από τη σκοτεινή ύλη - το μυστηριώδες υλικό του οποίου η βαρύτητα συγκρατεί τον γαλαξία. Αλλά το συμπέρασμα ότι οι ακτίνες γάμμα προέρχονται από πιο συνηθισμένες πηγές, όπως τα περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων γνωστά ως πάλσαρ, μπορεί να ήταν πολύ βιαστικό, αναφέρει η ομάδα σε μια νέα μελέτη. Έτσι, η υπόθεση της σκοτεινής ύλης μπορεί τελικά να είναι ζωντανή και καλά.

«Είμαι βέβαιος ότι μερικοί άνθρωποι θα αρχίσουν να σκέφτονται ξανά τις ερμηνείες της σκοτεινής ύλης [της λάμψης]», λέει ο Dan Hooper, θεωρητικός στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi (Fermilab) στη Batavia του Ιλινόις, ο οποίος δεν συμμετείχε σε κανένα από τα δύο. μελέτη. Άλλοι είναι λιγότερο σίγουροι ότι θα υπάρξει μια τέτοια αναβίωση.

Ο Hooper και η συνάδελφός του στο Fermilab Lisa Goodenough ανακάλυψαν την ανεξήγητη λάμψη ακτίνων γάμμα το 2009, ενώ μελετούσαν δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA σε τροχιά. Αυτή η λάμψη, που ονομάζεται περίσσεια του γαλαξιακού κέντρου, καλύπτει την καρδιά του γαλαξία. Σχεδιάστε έναν κύκλο στον ουρανό γύρω από το γαλαξιακό κέντρο σε ακτίνα 30° και η περίσσεια θα αντιστοιχεί στο 2% όλων των ακτίνων γάμμα που προέρχονται από μέσα του.

Ο Hooper και ο Goodenough πρότειναν αμέσως ότι η λάμψη θα μπορούσε να είναι απόδειξη της σκοτεινής ύλης. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι ολόκληρος ο Γαλαξίας του Γαλαξία βρίσκεται ενσωματωμένος σε ένα τεράστιο σύννεφο σκοτεινής ύλης, όπως ο στροβιλισμός του χρώματος μέσα σε ένα μάρμαρο, με τη σκοτεινή ύλη πιο πυκνή στη μέση. Και η θεωρία γενικά προτείνει ότι, σπάνια, όταν δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης συγκρούονται, θα πρέπει να εξαφανίζονται μεταξύ τους για να παράγουν συνηθισμένα σωματίδια, όπως τα παρατηρούμενα φωτόνια υψηλής ενέργειας ή ακτίνες γάμμα. Η ανακάλυψη της περίσσειας του γαλαξιακού κέντρου προκάλεσε μια φρενίτιδα "κατασκευής μοντέλων", στην οποία οι θεωρητικοί προσπάθησαν να επινοήσουν συγκεκριμένες θεωρίες για τη σκοτεινή ύλη που θα ταιριάζουν με τα δεδομένα.

Ωστόσο, οι ακτίνες γάμμα θα μπορούσαν επίσης να προέρχονται από λιγότερο εξωτικές πηγές όπως τα πάλσαρ. Το 2015, η Τρέισι Σλάιερ, αστροφυσικός σωματιδίων στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) στο Κέιμπριτζ, και οι συνεργάτες της φάνηκαν να υποστηρίζουν ότι όλη η περίσσεια του γαλαξιακού κέντρου θα μπορούσε να προέρχεται από έναν πληθυσμό πάλσαρ που είναι πολύ αμυδρά για να τα επιλύσει ο Φέρμι. μεμονωμένα.

Το επιχείρημα ήταν δύσκολο. Για να δουν την περίσσεια της αμυδρής ακτίνας γάμμα από μόνη της, οι ερευνητές έπρεπε πρώτα να αφαιρέσουν τις συνεισφορές από μισή ντουζίνα άλλες γνωστές πηγές. Αυτά περιλαμβάνουν τον φωτεινό δίσκο του γαλαξία, πηγές πέρα ​​από τον γαλαξία και τις τεράστιες "φυσαλίδες Fermi", λοβούς εκπομπής ακτίνων γάμμα που ανακάλυψε το διαστημικό τηλεσκόπιο εκατέρωθεν του επιπέδου του γαλαξία μας. Αυτό άφησε μια λάμψη σαν ταύριο στο κέντρο του γαλαξία. Στη συνέχεια, για να πουν εάν η περίσσεια προερχόταν από τη σκοτεινή ύλη ή τα πάλσαρ, οι ερευνητές ανέλυσαν όχι τη χωρική κατανομή του φωτός, αλλά κάτι πολύ πιο λεπτό:πόσο κοκκώδες είναι.

Η ψηφιακή εικόνα της λάμψης αποτελείται από περίπου 12.000 pixel, το καθένα από τα οποία περιέχει μια χούφτα φωτόνια ακτίνων γάμμα, με τον αριθμό να ποικίλλει από pixel σε pixel. Εάν τα φωτόνια προέρχονται από τη σκοτεινή ύλη, η οποία θα πρέπει να κατανέμεται ομαλά στον γαλαξία, αυτές οι παραλλαγές θα πρέπει να έχουν προβλέψιμο μέγεθος. Εάν προέρχονται από σημειακές πηγές όπως τα πάλσαρ, οι παραλλαγές θα πρέπει να είναι μεγαλύτερες και η εικόνα πρέπει να είναι πιο κοκκώδης. Αυτό συμβαίνει επειδή ο αριθμός των πάλσαρ σε κάθε εικονοστοιχείο θα ποικίλλει επίσης, συμβάλλοντας σε επιπλέον παραλλαγές από pixel σε pixel.

Το 2015, η ομάδα του Slatyer ανέφερε ότι η εικόνα ήταν τόσο κοκκώδης που πιθανότατα παρήχθη από πάλσαρ. Η μελέτη είχε μεγάλη επίδραση. Οι αναφορές στην αρχική εργασία των Hooper και Goodenough μειώθηκαν από περισσότερες από 120 το 2015 σε λίγο πάνω από 40 πέρυσι.

Τώρα, ωστόσο, ο Slatyer και η μεταδιδάκτορας του MIT Rebecca Leane βρήκαν ένα πρόβλημα με τα διαφορετικά χωρικά μοτίβα ή πρότυπα που χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση των άλλων συνεισφορών στη ροή ακτίνων γάμμα. Συγκεκριμένα, εάν τα πρότυπα για τους διαφορετικούς τύπους σημειακών πηγών δεν είναι σωστά, τότε η ανάλυση τείνει να υποτιμά δραστικά το σήμα της ομαλότερης σκοτεινής ύλης, δείχνουν δοκιμές σε προσομοιωμένα δεδομένα. «Αν δεν μοντελοποιήσουμε τα πράγματα σωστά, φαίνεται ότι αφαιρούμε τη σκοτεινή ύλη», λέει ο Leane. Στην πραγματικότητα, όταν οι ερευνητές εισήγαγαν ένα σήμα προσομοίωσης της σκοτεινής ύλης στα πραγματικά δεδομένα Fermi, η ανάλυσή τους δεν το βρήκε απαραίτητα, αναφέρουν σε μια δημοσίευση υπό έκδοση στο Physical Review Letters . Έτσι, ένα πραγματικό σήμα σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να υπάρχει στα δεδομένα και μπορεί να το έχουν χάσει, εξηγεί ο Leane.

Θα αρχίσουν πάλι οι θεωρητικοί των σωματιδίων να προβληματίζονται για την περίσσεια του γαλαξιακού κέντρου; Ο Χούπερ ελπίζει ότι θα το κάνουν. «Εάν το 5% ή το 50% ή το 90% των ανθρώπων που έχασαν το ενδιαφέρον τους θα επιστρέψουν, δεν ξέρω», λέει. Άλλοι λένε ότι η περίσσεια του γαλαξιακού κέντρου πιθανότατα θα παραμείνει πολύ διφορούμενη για να αναλυθεί αποφασιστικά. "Δεν βλέπω τίποτα μέχρι στιγμής που να μην μπορεί να εξηγηθεί με [συμβατική] αστροφυσική", λέει ο Glennys Farrar, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στη Νέα Υόρκη.

Το πραγματικό μάθημα της νέας εργασίας είναι ότι οι φυσικοί πρέπει να κατανοήσουν καλύτερα τη συνηθισμένη αλλά πολύπλοκη αστροφυσική στο κέντρο του γαλαξία, λέει ο Mattia Di Mauro, φυσικός αστροσωματιδίων στο Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt του Μέριλαντ, ο οποίος εργάζεται στο Fermi. διαστημικό τηλεσκόπιο. "Αλλά φοβάμαι ότι θα αναζωογονήσει μόνο το ενδιαφέρον για τη σκοτεινή ύλη."