Pieno kelio centre vyksta daug paslaptingų įvykių. Tarp jų yra supermasyvi juodoji skylė. Tačiau čia yra dar viena intriguojanti dėlionė: netikėtas sferinis intensyvių gama spinduliuotės spindulių regionas.
Naujas tyrimas rodo, kad už šių teršalų gali būti tamsioji medžiaga.
Visatoje yra daugybė gama spinduliuotės šaltinių, ir dauguma jų yra gerai suprantami. Visi pulsarai, magnatarai ir kvazariai sukuria gama spindulius. Bet ar jie gali atspindėti gama spindulius, sklindančius iš mūsų galaktikos centro?
Gama spinduliai yra galingi. Jie yra skvarbios elektromagnetinės spinduliuotės, kurią sukelia patys energingiausi Visatos reiškiniai, forma. Jie turi trumpiausius bet kokio tipo elektromagnetinės spinduliuotės bangų ilgius ir aukščiausią fotono energiją.
Gama spindulių perteklius Paukščių Tako širdyje yra žinomas fizikams, ir jie tai vadina galaktikos centro pertekliumi (GCE.) Mes žinome apie Paukščių kelią daug ir tos žinios susiaurino GCE paaiškinimus iki dvi pagrindinės galimybės: arba pulsarų, greitai besisukančių neutroninių žvaigždžių, populiacija, arba tamsiosios medžiagos. Fizikai mano, kad jei tai yra tamsiosios materijos, ji egzistuoja tankiame debesyje, esančiame galaktikos centre, susidurdama su savimi ir sunaikindama gama spindulius.
2015 m. Tyrimas parodė, kad GCE šaltinis iš tikrųjų buvo pulsarai, o tamsiosios medžiagos nebuvo įtrauktos. Šį tyrimą pateikė Prinstono ir MIT tyrėjų komanda, įskaitant fizikos docentą Tracy Slatyer. Jie naudojo galaktikos centro stebėjimus, paimtus naudojant Fermi gama spinduliuotės teleskopą, kartu su modeliu, apibūdinančiu visas Pieno kelio sąveikas, galinčias sukelti gama spindulius. Jie padarė išvadą, kad pulsarai buvo atsakingi.
Bet atrodo, kad naujas tyrimas, kuriame dalyvavo ir Slatyeris iš MIT, šiuos rezultatus aplenkė ir nurodė tamsiąją medžiagą kaip visų tų gama spindulių šaltinį.
Naujas tyrimas pavadintas „Tamsiosios medžiagos hipotezės atgaivinimas galaktikos centro gama-spinduliuotės pertekliui“ ir paskelbtas „Physical Review Letters“. Autoriai yra Tracy Slatyer iš MIT teorinės fizikos centro ir Rebecca Leane iš Gamtos mokslų mokyklos, Pažangiųjų studijų instituto. Jų tyrimas teigia, kad yra problema su ankstesne, o jos rezultatai nepatikimi. Tamsiosios medžiagos indėlis į GCE galėjo būti nepastebėtas.
Sunkumas susiaurinti GCE iki pulsatorių ar tamsiosios medžiagos priklauso nuo to, kaip skleidžiami fotonai, ir dėl technologinių galimybių juos aptikti. Gama spinduliai iš tamsiosios medžiagos būtų pasklidę, tuo tarpu spinduliuotė iš pulsorių būtų labiau koncentruoti taškiniai šaltiniai. 2015 m. Visi gama spinduliai pasirodė pasklidę, tačiau taip gali būti todėl, kad taškiniai šaltiniai yra difuziniai mūsų teleskopams, kurių erdvinė skiriamoji geba yra ribota. 2015 m. Tyrėjai padarė išvadą, kad pulsarai buvo atsakingi.
Pieno kelias yra daugiau ar mažiau plokščias, kurio centre yra įdubimas. Gama spinduliai užima sferinę sritį centre, maždaug 5000 šviesmečių spinduliu. Slatyer ir jos kolegų 2015 m. Sukurtas metodas bandė išsiaiškinti, ar šis sferinis regionas yra „lygus“, ar jis yra „grūdėtas“. Jie pagrindė tuo, kad jei pulsarai yra gama spindulių šaltinis, tada tie gama spinduliai turėtų padaryti tą sferinę sritį grūdėtą. Tarp gama spindulių, kur nebuvo pulsaro šaltinių, būtų tamsūs tarpai.
Bet jei gama spinduliai kiltų iš tamsiosios medžiagos, tai sferinė sritis būtų lygi. „Kiekvienoje žvilgsnio linijoje link galaktikos centro tikriausiai yra tamsiosios materijos dalelių, todėl aš neturėčiau matyti jokių spragų ar šaltų taškų signale“, - aiškino Slatyeris.
Jie sukūrė modelį, kuris atspindėjo visas medžiagas ir dujas Paukščių Take bei visas dalelių sąveikas, galinčias sukelti gama spindulius. Tada jie svarstė GCE sferinio regiono modelius, kurie buvo grūdėtieji arba sklandžiai, ir statistinį metodą, kaip juos atskirti. Tada jie paėmė tą modelį ir į jį paleido faktinius Fermi gama spinduliuotės kosminio teleskopo stebėjimus, kad pamatytų, ar stebėjimai tinka tiek grūdėtiems, tiek sklandžiam profiliui.
Jei stebėjimai tilptų į grūdėtą profilį, tada pulsatoriai galėtų paaiškinti gama spindulius. Jei jie tilptų į lygų profilį, tada tamsiosios medžiagos galėtų juos paaiškinti. Grūdintas profilis buvo nepaprastai tinkamas.
„Mes matėme, kad jis yra 100 procentų grūdėtas, ir todėl mes pasakėme:„ O, tamsiosios medžiagos to negali padaryti, todėl tai turi būti kažkas kita “, - prisimena Slatyeris. „Aš tikėjausi, kad tai bus tik pirmasis iš daugelio galaktikos centro regiono tyrimų, naudojant panašius metodus. Tačiau iki 2018 m. Pagrindiniai metodo kryžminiai patikrinimai vis tiek buvo tokie, kokius mes atlikome 2015 m., O tai mane labai suerzino, kad galbūt mes ką nors praleidome “.
Galiausiai Slatyeris ir Leane'as nusprendė išbandyti modelį. Slatyeris susirūpino, kad gali būti nepakankamai tvirtas. Jie nusprendė sukurti „suklastotą“ dangaus žemėlapį su tamsiosios medžiagos signalu ir pulsarais, kurie nebuvo siejami su GCE. Jie įtraukė jį į modelį ir, nors jų duomenyse buvo netikras tamsiosios medžiagos signalas, modelis padarė išvadą, kad jis buvo grūdėtas, todėl jame vyravo pulsaras. Pasak Slatyerio, tai buvo įrodymas, kad jų modelis nebuvo nepriekaištingas ir kad dar yra vietos tamsiosioms medžiagoms vaidinti GCE.
„Jei tai tikrai tamsi medžiaga, tai bus pirmas įrodymas, kad tamsioji medžiaga sąveikauja su matoma medžiaga per kitas jėgas nei gravitacija“.
Rebecca Leane, Pažangiųjų studijų instituto Gamtos mokslų mokyklos bendraautorė.
Tuomet kolega pasiūlė tyrėjams pridėti netikrą tamsiosios medžiagos signalą kartu su tikrais Fermi stebėjimais, kad būtų galima išbandyti jų modelį, o ne su padirbtu foniniu žemėlapiu.
Jie tai padarė, ir jų statistinis modelis nepavyko. Nepaisant sklandaus tamsiosios medžiagos signalo, modelis grąžino graudų pulsarą. Jie suspaudė savo tamsiosios medžiagos signalą iki keturis kartus didesnio nei tikrasis GCE ir vis tiek jų modelis nesugebėjo jo aptikti.
„„ Tuo metu aš buvau labai susijaudinęs, nes žinojau, kad tai labai didelis padarinys - tai reiškė, kad tamsiosios medžiagos paaiškinimas vėl buvo ant stalo “, - sako Leane.
Jei šie naujausi rezultatai yra teisingi, tai yra didelis dalykas.
„Jei tai tikrai tamsi medžiaga, tai bus pirmas įrodymas, kad tamsiosios medžiagos sąveika su matoma medžiaga vyksta per kitas jėgas nei gravitacija“, - sako Leane'as. „Tamsiosios medžiagos pobūdis šiuo metu yra vienas didžiausių fizikos klausimų. Šio signalo identifikavimas tamsiąja materija gali mums padėti pagaliau atskleisti pagrindinę tamsiosios medžiagos tapatybę. Nesvarbu, koks perteklius pasirodys, mes sužinosime ką nors naujo apie visatą. “
„Tai jaudina tuo, kad manėme, jog pašalinome galimybę, kad tai tamsiosios materijos“, - pranešime spaudai teigė Slatyeris. „Bet dabar mūsų spragoje yra spraga, sisteminė klaida. Tai vėl atveria duris tam, kad signalas sklistų iš tamsiosios medžiagos. “
Šis naujas rezultatas paskelbtas žurnalo „Physical Review Letters“ gruodžio 11 d. Numeryje.
Daugiau:
- MIT pranešimas spaudai: ar Paukščių Tako centre yra tamsiosios medžiagos?
- Tyrimo dokumentas: Tamsiosios medžiagos hipotezės atgaivinimas galaktikos centro gama-spinduliuotės pertekliui
- Vikipedija: silpnai sąveikaujančios didžiulės dalelės (WIMP)
