Zespół astrofizyków rozwiązał zagadkę dystrybucji promieni gamma w naszej galaktyce Drogi Mlecznej. Podczas gdy niektórzy badacze sądzili, że rozkład sugeruje formę niewykrywalnej „ciemnej materii”, zespół z University of California w San Diego zaproponował wyjaśnienie oparte na standardowych modelach fizycznych galaktyki.
W dwóch osobnych artykułach naukowych, z których najnowszy ukazał się w numerze czasopisma Physical Review Letters z 10 lipca, astrofizycy pokazują, że ten rozkład promieni gamma można wytłumaczyć sposobem „pozytronów antymaterii” z radioaktywnego rozpadu pierwiastków, stworzone przez masowe wybuchy gwiazd w galaktyce, rozprzestrzeniają się przez galaktykę. Oznacza to, zdaniem naukowców, zaobserwowany rozkład promieni gamma nie jest dowodem na ciemną materię.
„Nie ma wielkiej tajemnicy” - powiedział Richard Lingenfelter, naukowiec z UC San Diego's Center for Astrophysics and Space Sciences, który przeprowadził badania z Richardem Rothschildem, naukowcem z UCSD oraz Jamesem Higdonem, profesorem fizyki w Claremont Uczelnie „Obserwowany rozkład promieni gamma jest w rzeczywistości całkiem zgodny ze standardowym obrazem”.
W ciągu ostatnich pięciu lat pomiary promieniowania gamma z europejskiego satelity INTEGRAL wprawiły astronomów w zakłopotanie, co doprowadziło niektórych do argumentowania, że istnieje „wielka tajemnica”, ponieważ rozkład tych promieni gamma w różnych częściach galaktyki Drogi Mlecznej nie był zgodny z oczekiwaniami.
Aby wyjaśnić źródło tej tajemnicy, niektórzy astronomowie postawili hipotezę o istnieniu różnych form ciemnej materii, które - jak podejrzewają astronomowie - istnieją na podstawie niezwykłych efektów grawitacyjnych widocznej materii, takich jak gwiazdy i galaktyki - ale jeszcze ich nie znaleziono.
Wiadomo na pewno, że nasza galaktyka - i inne - są wypełnione drobnymi subatomowymi cząsteczkami znanymi jako pozytony, antymaterialny odpowiednik typowych, codziennych elektronów. Kiedy elektron i pozyton spotykają się w przestrzeni, dwie cząstki anihilują, a ich energia jest uwalniana jako promienie gamma. Oznacza to, że elektron i pozyton znikają i pojawiają się dwa lub trzy promienie gamma.
„Pozytrony rodzą się z prędkością bliską prędkości światła i podróżują tysiące lat świetlnych, zanim zwolnią wystarczająco gęsto w obłokach gazu, aby mieć szansę na połączenie z elektronem w celu unicestwienia w tańcu śmierci”, wyjaśnia Higdon. „Ich spowolnienie następuje z powodu oporu innych cząstek podczas ich podróży w kosmos. Ich podróż jest również utrudniona przez wiele fluktuacji galaktycznego pola magnetycznego, które rozpraszają ich tam iz powrotem podczas ich ruchu. Wszystko to należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu średniej odległości, jaką posytrony pokonałyby z miejsca narodzin w wybuchach supernowych. ”
„Niektóre pozytony zmierzają w kierunku środka Galaktyki, niektóre w kierunku zewnętrznych obszarów Drogi Mlecznej zwanej aureolą galaktyczną, a niektóre są uwięzione w ramionach spiralnych”, powiedział Rothschild. „Chociaż szczegółowe obliczanie tego jest wciąż daleko poza najszybszymi superkomputerami, byliśmy w stanie wykorzystać to, co wiemy o tym, jak elektrony przemieszczają się w całym Układzie Słonecznym i co można wywnioskować z ich podróży w innym miejscu, aby oszacować, w jaki sposób ich antymaterialne cząstki przenikają do galaktyki . ”
Naukowcy obliczyli, że większość promieni gamma powinna być skoncentrowana w wewnętrznych obszarach galaktyki, tak jak zaobserwowano w danych satelitarnych, zespół podał w artykule opublikowanym w zeszłym miesiącu w czasopiśmie Astrophysical Journal.
„Obserwowany rozkład promieni gamma jest zgodny ze standardowym obrazem, w którym źródłem pozytonów jest promieniotwórczy rozpad izotopów niklu, tytanu i aluminium powstających w wybuchach supernowych gwiazd masywniejszych niż Słońce”, powiedział Rothschild.
W artykule towarzyszącym w tym tygodniu w numerze Physical Review Letters naukowcy podkreślają, że podstawowe założenie jednego z bardziej egzotycznych wyjaśnień rzekomej tajemnicy - zanikania ciemnej materii lub anihilacji - jest błędne, ponieważ zakłada, że pozytony ulegają anihilacji blisko wybuchających gwiazd, z których powstały.
„Wyraźnie pokazaliśmy, że tak nie jest, a rozkład promieniowania gamma obserwowany przez satelitę gamma nie był wykrywaniem ani oznaką„ sygnału ciemnej materii ””, powiedział Lingenfelter.
Źródło: UC San Diego
