Újabb lépések a sötét anyag leleplezése felé

A galaxisunk közepéből érkező gamma sugarú fény új elemzései minden eddiginél szilárdabban bizonyítják, hogy az emisszió egy része a világegyetem nagy részét kitevő ismeretlen szubsztanciából, a sötét anyagból ered.

A NASA Fermi Gamma-sugár Űrtávcsövének publikus adataiból a Fermi Nemzeti Részecskegyorsító Laboratórium (Fermilab), a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ, az MIT és a Chicago Egyetem független tudóscsoportja egy új térképet fejlesztett ki, ami bizonyítja, hogy a galaktikus középpont több nagy energiájú gamma-sugarat bocsát ki, mint az az ismert forrásokkal magyarázható lenne, továbbá ez a kibocsátási többlet összhangban van a sötét anyag egyes formáival.

„Az új térkép lehetővé teszi a többlet elemzését, illetve a konvencionálisabb magyarázatok, például a felfedezetlen pulzárok, vagy kozmikus sugárzással járó ütközések letesztelését” - nyilatkozott Dan Hopper, a Fermilab asztrofizikusa, a tanulmány vezetője. „Az általunk felfedezett jel nem magyarázható a jelenleg felvázolt alternatívákkal és szorosan kapcsolódik az egészen egyszerű sötét anyag modellek prognózisaihoz”

A galaktikus középpont bővelkedik a gamma-sugár forrásokban, az egymással kölcsönható bináris rendszerektől és elszigetelt pulzároktól, a szupernóva maradványokon át, a csillagközi gázokkal ütköző részecskékkel bezáróan. Ugyancsak ez az a terület, ahol a csillagászok a galaxis legnagyobb sötét anyag sűrűségét várják, ami gravitációján keresztül hatást gyakorol a hagyományos anyagra és a sugárzásra.

Senki sem ismeri a sötét anyag valódi természetét. Jelenleg a gyengén kölcsönható nagy tömegű részecskék, az úgynevezett WIMP-ek a legvalószínűbbnek tartott jelöltek. Az elméleti fizikusok igen széles WIMP tartományt vizionálnak, melyek között akadhatnak olyanok is, amik kölcsönösen kioltanak, vagy létrehoznak egy átmeneti, ütközéskor gyorsan bomló részecskét. Mindkét verzió gamma-sugár termelődés eredményez, méghozzá olyan energiákon, ami a Fermi LAT távcsövének észlelési tartományán belül esik.

Miután a csillagászok kizártak minden ismert gamma-sugár forrást a LAT észlelésekből, egy maradvány emisszió-folt bontakozott ki a galaktikus középpontban. Ez a többlet 1 és 3 GeV energián a leghangsúlyosabb, ami nagyjából milliárdszorosa a látható fénynek és a galaktikus középponttól kifelé terjed, legalább 5.000 fényévnyire.


Hooper és munkatársai következtetése szerint a 31 és 40 GeV közötti tömeggel rendelkező sötét anyag részecskék megsemmisülései szinte tökéletesen illeszkednek a többletet jellemző gamma-sugár spektrumhoz, a galaktikus középpont körüli szimmetriájához, valamint a fényességéhez. A kutatók szerint ezeket a jellemvonásokat nagyon nehéz összeegyeztetni az eddig felmerült más magyarázatokkal, ugyanakkor továbbra sem zárják ki olyan magyarázatok megjelenését, melyekhez nincs szükség a sötét anyagra. „Az ebben a tömegtartományban elhelyezkedő sötét anyag közvetlen észleléssel szondázható, ami elvégezhető a Nagy Hadronütköztetőben is” - magyarázta a tanulmány társszerzője, Tracy Slatyer, az MIT elméleti fizikusa. „Ez egy rendkívül izgalmas jel, és bár az ügyet még nem zártuk le, a későbbiekben visszatekintve lehet, hogy elmondhatjuk, ez volt az első eset, amikor sötét anyag kioltást láttunk”

A kutatók hangsúlyozzák, hogy többszörös megerősítésre lesz szükség, eredjen az más csillagászati objektum megfigyeléseiből, vagy az LHC kísérleteiből, hogy igazolhassák sötét anyag értelmezésüket. Erre jó lehetőségnek kínálkoznak a Tejút körül keringő törpegalaxisok, melyek méretükhöz képest hatalmas mennyiségű sötét anyagot tartalmaznak, bár messze elmaradnak a galaktikus középponttól ilyen téren, ugyanakkor szinte alig rendelkeznek más jellegű gamma-sugár forrással, ezért bár távolabb vannak és gyengébbek a jeleik, egyszerűbb a megfigyelésük. A távolság miatt azonban a megbízható észlelések sok évnyi megfigyelést igényelnek.