Promienie gamma - najjaśniejsze, najsilniejsze światło we wszechświecie - płyną po niebie niewidocznym dla ludzkich oczu. Te wyjątkowo energetyczne wybuchy promieniowania rozbłyskują z wybuchów supernowych, iskrzą zderzających się gwiazd neutronowych i wylatują z najbardziej głodnych czarnych dziur.
Kiedy astronomowie mogą złapać je za pomocą teleskopów gamma, te niewidzialne fajerwerki wskazują niektóre z najbardziej wybuchowych struktur we wszechświecie. Teraz międzynarodowy zespół naukowców ma nadzieję, że te wszechmocne promienie mogą również doprowadzić do czegoś znacznie dziwniejszego i bardziej nieuchwytnego - niewidzialnej substancji znanej jako ciemna materia.
W nowym badaniu przyjętym do publikacji w czasopiśmie Physical Review Letters i szczegółowo opisanym w bazie danych przedruku arXiv, badacze przyjrzeli się temu, co nazywają „nierozpoznanym tłem promieniowania gamma” - to jest całym słabym i tajemniczym promieniowaniem gamma sygnały, które pozostały po znanych źródłach, takich jak czarne dziury i supernowe, są uwzględniane. Kiedy zespół porównał mapę nierozpoznanych promieni gamma z mapą gęstości materii w tej samej części wszechświata, odkrył, że promienie są dokładnie ustawione względem masywnych grawitacyjnie obszarów, w których przewidywana jest ciemna materia.
Według współautora badania Daniela Gruena, ta korelacja sugeruje, że ciemna materia może być w dużej mierze odpowiedzialna za słabe tło promieniowania gamma we wszechświecie. W takim przypadku może dać astronomom kilka istotnych wskazówek na temat właściwości tajemniczej substancji.
„Ciemna materia może rozpadać się jak jądro radioaktywne, wytwarzając jednocześnie promienie gamma” - powiedział Live Science Gruen, astrofizyk z SLAC National Accelerator Laboratory na Stanford University w Kalifornii. „A może zderza się wiele cząstek ciemnej materii, wytwarzając promienie gamma podczas interakcji.”
Fale w ciemności
Uważa się, że ciemna materia stanowi około 85% masy wszechświata, chociaż badacze wciąż nie są pewni, co i gdzie ona jest. Zupełnie niewidoczne dla współczesnych instrumentów naukowych, rzeczy nigdy nie zostały pomyślnie wykryte.
„Znamy jednak niektóre właściwości ciemnej materii” - powiedział Gruen. „Wiemy, że jest to bardzo powszechne i wiemy, że ma masę, która oddziałuje grawitacyjnie z inną masą”.
Innymi słowy, chociaż ciemna materia jest niewidoczna, wywiera widoczny wpływ na wszechświat dzięki swojej potężnej grawitacji. Jeden z tych uderzeń jest znany jako soczewkowanie grawitacyjne - w zasadzie to, jak światło z odległych galaktyk jest wypaczane przez grawitację masywnych obiektów, które przepływa w kierunku Ziemi.
W ramach nowych badań naukowcy przyjrzeli się mapie soczewkowania grawitacyjnego w konkretnej części wszechświata, opracowanej w ramach projektu o nazwie Dark Energy Survey (DES). Zamontowana na gigantycznym teleskopie w Chile dedykowana kamera badania spędziła rok na robieniu zdjęć w wysokiej rozdzielczości setek milionów galaktyk, skupiając się na tym, gdzie odległe światło jest najbardziej zniekształcone przez kieszenie o silnej grawitacji. Choć niektóre z najbardziej masywnych regionów na wynikowej mapie odpowiadają znanym galaktykom, inne duże kieszenie prawdopodobnie pokazują ukryty wpływ ciemnej materii w pracy, powiedział Gruen.
Aby lepiej zrozumieć, jak ten wpływ mógłby wyglądać, naukowcy porównali tę mapę masy z mapą emisji promieniowania gamma wykrytego w tym samym regionie przez teleskop gamma Fermi NASA w ciągu ostatnich dziewięciu lat. Korzystając z modelu matematycznego, zespół usunął całe promieniowanie, które można ostatecznie powiązać ze „przyziemnymi” źródłami, takimi jak czarne dziury i supernowe, w oparciu o ich moc wyjściową, odległość i różne inne czynniki.
Teraz, pozostawiając tylko tajemnicze „nierozwiązane” źródła promieniowania gamma, zespół porównał obie mapy. Zauważyli wyraźne nakładanie się obszarów silnego promieniowania gamma z obszarami o dużej masie.
„To pierwsze badanie, w którym byliśmy pewni, że tam, gdzie jest dużo promieni gamma, jest też dużo ciemnej materii”, powiedział Gruen.
Jeśli ciemna materia naprawdę emituje promienie gamma, może to poważnie zawęzić sposób jej wykrywania i faktycznego wykonania. Gruen powiedział jednak, że słabe tło promieniowania gamma na mapie Fermi nie ma nic wspólnego z ciemną materią. Model matematyczny zastosowany przez naukowców do wyeliminowania „ziemskich” źródeł emisji promieniowania gamma (takich jak czarne dziury) opiera się na niektórych założeniach dotyczących właściwości tych obiektów. Jeśli te założenia są błędne, odległe czarne dziury mogą być odpowiedzialne za znacznie więcej tajemniczego tła promieniowania gamma niż badacze.
„Może ten model jest niekompletny, a może uczymy się czegoś o czarnych dziurach emitujących promieniowanie gamma” - powiedział Gruen. „Być może te czarne dziury żyją w bardziej masywnych galaktykach, niż nam się wydawało.”
Więcej danych na temat zarówno promieniowania gamma, jak i soczewkowania grawitacyjnego pomoże zespołowi dopracować swój model i lepiej interpretować mapy wszechświata. Od zakończenia badania DES zebrał sześć razy więcej informacji na temat rozkładu masy wszechświata, a satelita FERMI pozostaje jednym z wielu teleskopów śledzących eksplozje promieniowania gamma. Gruen powiedział, że w następnych latach powinno nastąpić dalsze badanie, które pokaże jeszcze wyraźniejsze wyniki.
