Nieustająca zagadka ciemnej materii, która według szacunków stanowi ponad jedną czwartą masy wszechświata, zbliża się do potencjalnego rozwiązania. Najnowsze badania naukowe, skupiające się na rozproszonej emisji promieniowania gamma pochodzącej z centrum galaktyki, dostarczyły przekonujących dowodów sugerujących, że ten niewidzialny kosmiczny składnik może wreszcie ujawnić swoje sekrety poprzez detekcję pośrednią.
Chociaż wszechświat składa się głównie ze zwykłej materii, stanowiącej zaledwie 5% i wykrywalnej w różnych zakresach fal świetlnych, znaczne 27% przypisywane ciemnej materii pozostaje nieuchwytne. Nie pochłania ona, nie odbija ani nie emituje światła, co uniemożliwia bezpośrednią obserwację. Jeszcze bardziej tajemnicza istota, ciemna energia, stanowi pozostałe około 68%. Naukowcy od dawna wnioskują o istnieniu ciemnej materii na podstawie jej znaczącego wpływu grawitacyjnego w skali kosmologicznej, jednak definitywny dowód wciąż pozostawał nieuchwytny.
Niebiańska poświata zawiera wskazówki
Obecnie badania koncentrują się na zaobserwowanym nadmiarze promieniowania gamma, zmapowanym przez Kosmiczny Teleskop Promieniowania Gamma Fermi w rozległym regionie w pobliżu centrum Drogi Mlecznej. Zjawisko to doprowadziło do wysunięcia dwóch głównych hipotez dotyczących jego pochodzenia. Pierwsza zakłada, że promienie gamma są produktem ubocznym zderzeń cząstek ciemnej materii gromadzących się w tym gęstym środowisku galaktycznym. Alternatywna teoria sugeruje, że te emisje pochodzą z określonej klasy gwiazd neutronowych, znanych jako pulsary milisekundowe, które są zapadniętymi pozostałościami po masywnych gwiazdach i emitują światło podczas obrotu z prędkością setek razy na sekundę.
Najnowsza dogłębna analiza, uwzględniająca zaawansowane symulacje, oceniła te konkurencyjne wyjaśnienia, uznając je za równie prawdopodobne. Badanie wykazało, że promienie gamma wytworzone przez anihilację cząstek ciemnej materii wygenerowałyby sygnał nieodróżnialny od tego wykrytego przez satelitę Fermi. To odkrycie znacząco zwiększa prawdopodobieństwo pośredniej detekcji ciemnej materii.
Przyszłe obserwacje mogą przynieść wyjaśnienie
„Zrozumienie natury ciemnej materii, która przenika naszą galaktykę i cały wszechświat, jest jednym z największych problemów fizyki” – stwierdził kosmolog Joseph Silk z Johns Hopkins University oraz Institute of Astrophysics of Paris/Sorbonne University, współautor badania opublikowanego w Physical Review Letters. Dodał: „Naszym kluczowym nowym wynikiem jest to, że ciemna materia pasuje do danych dotyczących promieniowania gamma co najmniej tak dobrze, jak konkurencyjna hipoteza dotycząca gwiazd neutronowych. Zwiększyliśmy szanse na to, że ciemna materia została wykryta pośrednio.”
Naukowcy przewidują, że Cherenkov Telescope Array Observatory, obecnie w budowie w Chile i mający być najpotężniejszym naziemnym teleskopem do obserwacji promieniowania gamma na świecie, może wreszcie dostarczyć ostatecznej odpowiedzi. Oczekuje się, że zacznie działać już w 2026 roku, a jego zaawansowane możliwości pozwolą na rozróżnienie precyzyjnych źródeł tych emisji promieniowania gamma. Jak wyjaśnił astrofizyk Moorits Mihkel Muru, główny autor badania z Uniwersytetu w Tartu i Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam: „Ponieważ ciemna materia nie emituje ani nie blokuje światła, możemy ją wykryć jedynie poprzez jej efekty grawitacyjne na widoczną materię. Pomimo dziesięcioleci poszukiwań, żaden eksperyment jeszcze nie wykrył bezpośrednio cząstek ciemnej materii.”
Nadmiar promieniowania gamma został wykryty w obrębie wewnętrznych 7000 lat świetlnych galaktyki, regionu odległego od Ziemi o około 26 000 lat świetlnych. Promienie gamma, posiadające najkrótsze fale i najwyższą energię w spektrum elektromagnetycznym, teoretycznie są generowane, gdy cząstki ciemnej materii, uważane za swoje własne antycząstki, anihilują podczas zderzenia. Uważa się, że powstanie samej Drogi Mlecznej wiązało się z grawitacyjnym zapadaniem się masywnej chmury zarówno ciemnej, jak i zwykłej materii. Podczas gdy zwykła materia ochłodziła się i skoncentrowała centralnie, uważa się, że przyciągnęła ona część ciemnej materii. Ta unikalna cecha ciemnej materii, gdzie cząstki całkowicie anihilują, odróżnia ją od innych zjawisk, które mogą produkować energetyczne promienie gamma. Jednakże pozostaje możliwość, że zbiorowe emisje licznych nieobserwowanych pulsarów milisekundowych mogłyby również odpowiadać za tę niebiańską poświatę, co potwierdził satelita Fermi jako potencjalne wyjaśnienie takich regionalnych emisji.
newsblog.pl
Maciej – redaktor, pasjonat technologii i samozwańczy pogromca błędów w systemie Windows. Zna Linuxa lepiej niż własną lodówkę, a kawa to jego główne źródło zasilania. Pisze, testuje, naprawia – i czasem nawet wyłącza i włącza ponownie. W wolnych chwilach udaje, że odpoczywa, ale i tak kończy z laptopem na kolanach.