Być może naukowcy w końcu po raz pierwszy „zobaczyli” ciemną materię

redakcja@echobiznesu.pl

wyświetlenia 6mins 0 opinii

Być może naukowcy w końcu po raz pierwszy „zobaczyli” ciemną materię

Naukowcy być może po raz pierwszy „zobaczyli” ciemną materię dzięki należącemu do NASA kosmicznemu teleskopowi promieni gamma Fermi. Jeśli tak, oznaczałoby to pierwsze bezpośrednie wykrycie najbardziej tajemniczej substancji wszechświata.

W 1933 roku astronom Fritz Zwicky wysunął teorię dotyczącą ciemnej materii, która odkryła, że widoczne galaktyki Gromada Komy brakowało niezbędnego wpływu grawitacyjnego, aby zapobiec rozpadowi tej gromady. Następnie w latach 70. astronom Wiera Rubin i współpracownicy odkryli, że zewnętrzne krawędzie galaktyk spiralnych wirują z tą samą prędkością, co ich centra, co byłoby możliwe tylko wtedy, gdyby główna masa tych galaktyk nie była skoncentrowana w ich centrach, ale raczej szerzej rozproszona. To nie są bezpośrednie obserwacje ciemna materia, oczywiście, ale wnioski wyciągnięte na podstawie interakcji ciemnej materii z grawitacją, a także wpływu grawitacji na zwykłą materię i światło. Jednak dzięki tym odkryciom astronomowie obliczyli, że wszystkie duże galaktyki są osadzone w rozległych halo ciemnej materii, które rozszerzają się daleko poza granice widzialnej materii w galaktykach (takich jak galaktyczne halo gwiazd).

Obecnie szacuje się, że cząstki tej tajemniczej substancji przewyższają cząstki tworzące materię codzienną w stosunku pięć do jednego. Oznacza to, że wszystko, co widzimy wokół siebie na co dzień – gwiazdy, planety, księżyce, nasze ciała, kot z sąsiedztwa itd. – stanowi zaledwie 15% materii we wszechświecie, a ciemna materia stanowi pozostałe 85%. Tajemnicę ciemnej materii dodaje fakt, że ponieważ oddziałuje ona z promieniowaniem elektromagnetycznym tak słabo lub wcale, nie emituje, nie absorbuje ani nie odbija światła. Dlatego jest faktycznie niewidoczny na wszystkich długościach fali światła – a przynajmniej tak nam się wydawało.

Istnieje jedna możliwość, która spowodowałaby, że ciemna materia wytwarzałaby światło. Jeśli cząstki ciemnej materii „anihilują”, gdy spotykają się ze sobą i wchodzą w interakcję, podobnie jak materia i jej odpowiednik – antymateria, wówczas powinny wytworzyć deszcz cząstek, w tym fotony promieni gamma, które choć niewidoczne dla naszych oczu, mogą być „widziane” przez czułe teleskopy kosmiczne zajmujące się promieniowaniem gamma. Jedną z sugerowanych „samoniszczących się” cząstek, które według teorii zawierają ciemną materię, są tak zwane „słabo oddziałujące masywne cząstki” lub „WIMPY.”

Zespół naukowców pod kierownictwem Tomonori Totani z Wydziału Astronomii Uniwersytetu Tokijskiego przeszkolił sondę Fermi w regionach Drogi Mlecznej, w których powinna gromadzić się ciemna materia, czyli w centrum naszej galaktyki, i polował na tę charakterystyczną sygnaturę promieniowania gamma.

Cóż, Totani myśli, że w końcu znaleźliśmy ten podpis.

Schemat pełnego sygnału z centrum galaktyki pośrodku. Silniejsze promienie gamma widać bliżej środka.

Mapa intensywności promieniowania gamma z wyłączeniem składników innych niż halo, obejmująca około 100 stopni w kierunku centrum Galaktyki. Poziomy szary pasek w obszarze centralnym odpowiada obszarowi płaszczyzny galaktycznej, który został wykluczony z analizy, aby uniknąć silnego promieniowania astrofizycznego. (Zdjęcie: Tomonori Totani, Uniwersytet Tokijski)

„Wykryliśmy promienie gamma o energii fotonów 20 gigaelektronowoltów (lub 20 miliardów elektronowoltów, czyli niezwykle dużej ilości energii) rozciągające się w strukturze przypominającej halo w kierunku centrum galaktyki Drogi Mlecznej” – powiedział Totani. „Składnik emisji promieniowania gamma bardzo odpowiada kształtowi oczekiwanemu od halo ciemnej materii.”

A to nie jedyny zacięty mecz. Sygnatura energetyczna tych promieni gamma jest ściśle zgodna z przewidywanymi wynikami powstającymi w wyniku anihilacji zderzających się WIMP, które według przewidywań mają masę około 500 razy większą od protonu, czyli zwykłych cząstek materii znajdujących się w sercach atomów. Totani sugeruje, że nie ma żadnych innych zjawisk astronomicznych, które z łatwością wyjaśniałyby promienie gamma obserwowane przez Fermiego.

„Jeśli to prawda, w zakresie mojej wiedzy oznaczałoby to, że ludzkość po raz pierwszy„ zobaczyła ”ciemną materię. Okazuje się, że ciemna materia to nowa cząstka, nieuwzględniona w obecnym standardowym modelu fizyki cząstek elementarnych” – powiedział Totani. „Oznacza to poważny rozwój w astronomii i fizyce”.

Chociaż Totani jest pewien, że to, co on i jego koledzy wykryli, jest sygnaturą WIMP ciemnej materii unicestwiających się nawzajem w sercu Układu Słonecznego. Droga Mlecznaspołeczność naukowa w ogóle będzie potrzebować więcej twardych dowodów, zanim księga dotycząca tej prawie stuletniej tajemnicy zostanie zamknięta.

„Można to osiągnąć po zgromadzeniu większej liczby danych, a jeśli tak, dostarczy to jeszcze mocniejszych dowodów na to, że promienie gamma pochodzą z ciemnej materii” – dodał Totani.