Jedna z najgoręcej dyskutowanych tajemnic w astronomii będzie nadal trwać, ponieważ nowe badania nie wykluczają samoniszczącej się ciemnej materii jako źródła emisji promieniowania gamma z serca Drogi Mlecznej. Znane jako Nadmiar Centrum Galaktyki, sferyczna poświata promieniowania gamma rozciągająca się na tysiące lat świetlnych od jądra naszej galaktyki, to wysokoenergetyczne światło wprawia badaczy w zakłopotanie od ponad dekady.
Chociaż zaproponowano kilka możliwych wyjaśnień Nadmiaru Centrum Galaktyki, w tym populację szybko wirujących gwiazd neutronowych zwanych pulsarami, jednym z najbardziej rozpowszechnionych jest specyficzny typ gwiazd neutronowych ciemna materia cząstka. Ciemna materia to tajemnicza substancja, która stanowi 85% materii wszechświata. Jest faktycznie niewidoczny, ponieważ nie oddziałuje ze światłem ani ze „zwykłą” materią złożoną z atomów. Fakt ten doprowadził do zaproponowania wielu możliwych cząstek-kandydatów na ciemną materię, w tym takich, które ulegają samoanihilacji. Jest to podobne do tego, co dzieje się, gdy elektron spotyka się ze swoim antymateria odpowiednik, czyli pozyton. Obaj unicestwiają się nawzajem, uwalniając energię w kosmos.
W przypadku samoniszczącej ciemnej materii cząstki te byłyby swoimi własnymi antycząstkami, co oznacza, że gdy wchodzą w interakcję, anihilują i uwalniają energię w miarę promienie gamma. Ponieważ ciemna materia przewyższa zwykłą materię w stosunku pięć do jednego, można by się spodziewać, że ta anihilacja będzie zachodzić stale, zalewając kosmos promieniami gamma, ale w tym modelu ciemna materia rzadko oddziałuje ze sobą. Zatem anihilacja ciemnej materii ma miejsce tylko wtedy, gdy ta tajemnicza substancja jest gęsto skupiona w obszarze takim jak serce galaktyka.
Niestety, badanie serca Droga Mleczna jest rzeczywiście wyzwaniem.
„Interpretacja sygnału jest szczególnie trudna, ponieważ Centrum Galaktyki jest wyjątkowo jasnym i zatłoczonym obszarem nieba gamma” – członek zespołu i badacz z Uniwersytetu Wiedeńskiego Florian List – napisano w oświadczeniu.
Przejdźmy do rzeczy
Aby zbadać, czy anihilująca ciemna materia rzeczywiście może być przyczyną nadmiaru Centrum Galaktyki, List i współpracownicy wykorzystali uczenie maszynowe wyszkolone na podstawie ponad miliona symulowanych obserwacji promieniowania gamma. Poprzednie podobne podejścia wskazywały na stosunkowo jasne, nierozdzielone źródła światła jako potencjalne źródło nadmiaru Centrum Galaktyki. Jednak nowe badania wykazały, że te źródła punktowe, w tym pulsary, byłyby niezwykle słabe, co jest dobrą wiadomością dla naukowców, którzy jako przyczynę powstawania promieni gamma opowiadają się za anihilacją ciemnej materii.
Dzieje się tak dlatego, że podczas gdy poprzednie badania sugerowały, że zaledwie kilkaset pulsarów mogłoby wystarczyć do uwzględnienia Nadmiaru Centrum Galaktyki, odkrycia te wskazują, że populacja pulsarów w sercu Drogi Mlecznej musiałaby przekraczać 35 000.
„Nasza nowa analiza pokazuje, że źródła musiałyby być tak słabe, aby były prawie nie do odróżnienia od emisji oczekiwanej w wyniku anihilacji ciemnej materii” – powiedział członek zespołu Nick Rodd, naukowiec z Lawrence Berkeley National Laboratory.
Chociaż badania te mogą utrzymać ciemną materię w grze jako wiarygodne wyjaśnienie, wcale nie potwierdzają one anihilacji tej tajemniczej materii jako źródła Nadmiaru Centrum Galaktycznego. „Pochodzenie Nadmiaru Centrum Galaktycznego jest jedną z najdłużej toczących się debat w astrofizyce” – stwierdził List. „Nasza praca nie pokazuje, że za sygnał odpowiedzialna jest ciemna materia. Sugeruje jednak, że jest jeszcze za wcześnie, aby wykluczyć taką możliwość”.
Wyniki badań zespołu opublikowano w czwartek (5 lutego) w czasopiśmie Listy z przeglądu fizycznego.
