Οι επιστήμονες μπορεί να πλησιάζουν στην επιβεβαίωση της ύπαρξης της σκοτεινής ύλης – το αόρατο υλικό που πιστεύεται ότι αποτελεί περισσότερο από το ένα τέταρτο του σύμπαντος – καθώς μελετούν μια διάχυτη λάμψη ακτίνων γάμμα κοντά στο κέντρο του γαλαξία μας.
Όλα όσα είναι ορατά στο σύμπαν είναι φτιαγμένα από συνηθισμένη ύλη – από αστέρια και πλανήτες μέχρι τους ανθρώπους και τα hubcaps και τα tacos. Η συνηθισμένη ύλη μπορεί να δει σε μήκη κύματος από το υπέρυθρο έως το ορατό φως και τις ακτίνες γάμμα, αλλά αποτελεί μόνο περίπου το 5 τοις εκατό του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη, η οποία δεν απορροφά ούτε ανακλά ούτε εκπέμπει φως, φαίνεται να αποτελεί περίπου το 27 τοις εκατό του σύμπαντος, με ένα άλλο μυστηριώδες στοιχείο που ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια να αντιπροσωπεύει το υπόλοιπο περίπου 68 τοις εκατό.
Οι επιστήμονες είναι βέβαιοι ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει λόγω των βαρυτικών της επιδράσεων σε μεγάλη κλίμακα στο σύμπαν. Λόγω της ίδιας της φύσης του, η ύπαρξή του ήταν δύσκολο να αποδειχθεί. Αλλά η έρευνα σε μια περίσσεια ακτίνων γάμμα που παρατηρήθηκε και χαρτογραφήθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi σε μια τεράστια έκταση κοντά στην καρδιά του Γαλαξία μας προσφέρει μια υπόσχεση για την παροχή επιβεβαίωσης που επιζητείται από καιρό.
Οι επιστήμονες έχουν δώσει δύο ανταγωνιστικές εξηγήσεις για αυτές τις εκπομπές ακτίνων γάμμα.
Το ένα είναι ότι προκαλούνται από σύγκρουση σωματιδίων σκοτεινής ύλης που συγκεντρώνονται σε αυτή τη γαλαξιακή περιοχή. Το άλλο είναι ότι προκαλούνται από μια κατηγορία άστρων νετρονίων -τους πυκνούς κατεστραμμένους πυρήνες μεγάλων αστεριών μετά τον θάνατό τους- που ονομάζονται πάλσαρ χιλιοστών του δευτερολέπτου που εκπέμπουν φως σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα καθώς περιστρέφονται εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο.
Μια ολοκληρωμένη νέα ανάλυση που περιλαμβάνει προηγμένες προσομοιώσεις έχει σταθμίσει τα πλεονεκτήματα αυτών των ανταγωνιστικών υποθέσεων, θεωρώντας τις εξίσου πιθανές. Οι ακτίνες γάμμα που δημιουργούνται από συγκρούσεις σωματιδίων σκοτεινής ύλης, έδειξε η μελέτη, θα παράγουν το ίδιο σήμα ακτίνων γάμμα με αυτό που παρατηρείται από τον δορυφόρο Fermi.
«Η κατανόηση της φύσης της σκοτεινής ύλης που διαπερνά τον γαλαξία μας και ολόκληρο το σύμπαν είναι ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη φυσική», δήλωσε ο κοσμολόγος Τζόζεφ Σιλκ του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς στο Μέριλαντ και του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου του Παρισιού/Σορβόννης, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης που δημοσιεύθηκε την Πέμπτη στο περιοδικό Letters Review Physical.
"Το βασικό μας νέο αποτέλεσμα είναι ότι η σκοτεινή ύλη ταιριάζει με τα δεδομένα ακτίνων γάμμα τουλάχιστον όσο και στην υπόθεση του ανταγωνιστικού αστέρα νετρονίων. Αυξήσαμε τις πιθανότητες να έχει ανιχνευθεί έμμεσα η σκοτεινή ύλη", πρόσθεσε ο Silk.
Οι ερευνητές είπαν ότι το πιο ισχυρό επίγειο τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα στον κόσμο - το Cherenkov Telescope Array Observatory, τώρα υπό κατασκευή στη Χιλή - μπορεί να είναι σε θέση να δώσει μια απάντηση διαφοροποιώντας τις εκπομπές ακτίνων γάμμα από αυτές τις δύο πηγές. Θα μπορούσε να τεθεί σε λειτουργία μόλις το 2026.
"Επειδή η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει ή εμποδίζει το φως, μπορούμε να την ανιχνεύσουμε μόνο μέσω των βαρυτικών της επιδράσεων στην ορατή ύλη. Παρά τις δεκαετίες αναζήτησης, κανένα πείραμα δεν έχει ακόμη εντοπίσει άμεσα σωματίδια της σκοτεινής ύλης", δήλωσε ο αστροφυσικός και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Moorits Mihkel Muru του Πανεπιστημίου του Tartu και του Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam.
Η περίσσεια στις ακτίνες γάμμα παρατηρήθηκε σε μια περιοχή που εκτείνεται σε όλο το εσωτερικό των 7.000 ετών φωτός του γαλαξία. Ένα έτος φωτός είναι η απόσταση που διανύει το φως σε ένα χρόνο, 5,9 τρισεκατομμύρια μίλια (9,5 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα). Αυτή η περιοχή απέχει περίπου 26.000 έτη φωτός από τη Γη.
Οι ακτίνες γάμμα παρουσιάζουν τα μικρότερα μήκη κύματος και την υψηλότερη ενέργεια από οποιοδήποτε από τα κύματα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Γιατί οι ακτίνες γάμμα μπορεί να είναι απόδειξη της σκοτεινής ύλης; Τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης είναι ύποπτα ότι εξαφανίζονται εντελώς όταν συγκρούονται, με αυτές τις συγκρούσεις να δημιουργούν ακτίνες γάμμα ως υποπροϊόν.
Ο Γαλαξίας πιστεύεται ότι σχηματίστηκε από την κατάρρευση υπό τη δύναμη της βαρύτητας ενός τεράστιου νέφους σκοτεινής ύλης και συνηθισμένης ύλης.
«Η συνηθισμένη ύλη ψύχθηκε και έπεσε στις κεντρικές περιοχές, παρασύροντας λίγη σκοτεινή ύλη για τη διαδρομή», είπε ο Silk. "Μοναδικό στην πιο απλή υπόθεση της σκοτεινής ύλης είναι το γεγονός ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης πιστεύεται ότι είναι τα δικά τους αντισωματίδια και εξαφανίζονται εντελώς όταν συγκρούονται. Μόνο τα πρωτόνια και τα αντιπρωτόνια κάνουν κάτι παρόμοιο για να παράγουν ενεργητικές ακτίνες γάμμα και τα αντιπρωτόνια είναι εξαιρετικά σπάνια."
Αλλά η λάμψη θα μπορούσε επίσης να παραχθεί από τη συλλογική εκπομπή πολλών χιλιάδων μέχρι τώρα απαρατήρητων πάλσαρ χιλιοστών του δευτερολέπτου. Ο δορυφόρος Fermi επιβεβαίωσε ότι τέτοια αντικείμενα είναι πηγές ακτίνων γάμμα που θα μπορούσαν να εξηγήσουν τη λάμψη σε αυτή την περιοχή.
