Gadu desmitiem, tumšā matērija Tas ir bijis kosmosa lielais spoks: mēs zinām, ka tas tur atrodas, pateicoties tā iedarbībai, taču nevienam detektoram nav izdevies to notvert tieši. Tagad jauna NASA Fermi gamma staru kosmiskā teleskopa analīze norāda uz... iespējamas tiešas šīs neredzamās matērijas pēdas, zīme, kas varētu mainīt mūsu izpratni par Visumu.
Darbs, ko vadīja profesors Tomonori TotaniTokijas Universitātes pētnieks apgalvo, ka daži gamma stari, kas novēroti ap Piena Ceļa centru, atbilst tam, kas tika gaidīts no teorētisko tumšās matērijas daļiņu iznīcināšanaPētījums, kas publicēts zinātniskajā žurnālā Kosmoloģijas un astrodaļiņu fizikas žurnālsTas ir izraisījis ievērojamu starptautiskās sabiedrības, tostarp Eiropas, interesi, lai gan to pavada arī laba deva piesardzības.
No aizdomām 30. gs. trīsdesmitajos gados līdz iespējamai tiešai norādei
Vēsture tumšā matērija Tas sākās 20. gs. trīsdesmitajos gados, kad Šveices astronoms Frics Cvikis saprata, ka dažas galaktikas pārvietojas pārāk ātri, ņemot vērā to šķietamo masu. Šiem ātrumiem bija jēga tikai tad, ja pastāvēja kas nodrošinātu papildu gravitāciju
Laika gaitā kosmoloģiskie aprēķini nostiprināja diezgan satraucošu ainu: Tikai 5% no Visuma sastāv no parastās matērijasNozīmīga ir arī gaisma no zvaigznēm, planētām vai cilvēkiem. Aptuveni 27% ir tumšā matērija, un aptuveni 68% ir attiecināmi uz tumšo enerģiju — vēl grūtāk izprotamu vienību. Nevienu no tām nevar tieši novērot caur gaismu.
Līdz šim viss, kas bija zināms par tumšo matēriju, nāca no netiešie mērījumiKā tas ietekmē galaktiku rotāciju, kā tas nosaka kopu veidošanos vai kā tas maina zvaigžņu kustību to orbītās. Tomēr joprojām bija nepieciešams ciešāks kontakts: jebkura signāla noteikšana, kas saistīts ar tā elementārdaļiņām.
Lielā problēma ir tā, ka saskaņā ar modeļiem šīs daļiņas slikti mijiedarbojas ar elektromagnētisko spēku: Tie neabsorbē, neatstaro un Tie neizstaro gaismuPraktiski tie ir neredzami parastajiem teleskopiem, kas tos ir padarījis par vienu no noturīgākajām mūsdienu fizikas mīklām, arī Eiropas pētniecības grupām, kas nodarbojas ar augstas enerģijas astrofiziku.
WIMP hipotēze un gamma staru pirkstu nospieduma meklēšana
Viena no ietekmīgākajām teorijām apgalvo, ka tumšā matērija sastāv no masīvas vāji mijiedarbojošas daļiņasTie ir pazīstami ar akronīmu WIMP (vāji mijiedarbojošās masīvās daļiņas). Tie būtu smagāki par protonu, bet gandrīz imūni pret saskari ar parasto matēriju, izņemot gravitāciju un vājo mijiedarbību.
Teorētiskie modeļi norāda, ka Kad divi WIMP satiekas, tie var viens otru iznīcināt. un pārveidot tās masu citās daļiņās, tostarp gamma staru fotonos ar ļoti specifiskām enerģijām. Šis "enerģijas paraksts" kļuva par pavedienu, kam sekot: ja debesīs tiek novērots gamma staru pārpalikums ar pareizo enerģiju, kā arī ar telpisko sadalījumu, kas ir saderīgs ar tumšās matērijas sadalījumu, tas varētu būt tā pirkstu nospiedums.
Šī iemesla dēļ reģioni, kuros sagaidāms [neskaidrs], tiek uzraudzīti jau gadiem ilgi. augsts tumšās matērijas blīvums, īpaši Piena Ceļa centrs un pundurgalaktikas riņķo ap mūsu vidi. Eiropā ir uzsākti daudzi projekti gan ar uz zemes bāzētiem gamma staru teleskopiem, gan ar pazemes detektoriem, kas mēģina uztvert tumšās matērijas daļiņu tiešus triecienus.
Neskatoties uz observatoriju centieniem visā pasaulē, tostarp lieliem Eiropas instrumentiem, rezultāti nav bijuši sasniedzami: neviens eksperiments nedeva pārliecinošu signāluBija norādes, svārstības un anomālijas, taču nekas tāds, kas pārsniegtu daļiņu fizikā nepieciešamo statistiskās noteiktības robežu.
Fermi teleskopa dati un 20 GeV signāls
Pagrieziena punkts pienāk, analizējot jaunākos datus no Fermi gamma staru kosmiskais teleskops no NASA — instruments, kas paredzēts, lai medītu enerģiskākos fotonus debesīs. Totani rūpīgi pārbaudīja šos ierakstus un apgalvo, ka ir identificējis gamma stari ar enerģiju tuvu 20 gigaelektronvoltiem (GeV) kas ir izkliedēti oreola formā ap Piena Ceļa centru.
Saskaņā ar pētījumu, šī halo struktūra sakrīt ar to, ko prognozē modeļi. tumšās matērijas sadalījums mūsu galaktikā. Signāls nešķiet koncentrēts vienā punktā, kā tas notiktu ar izolētu avotu, bet gan izkliedēts veidā, kas atbilst lielam tumšo daļiņu rezervuāram centrālajā reģionā.
Turklāt, atklāto fotonu enerģijas spektrs Tas atbilst prognozēm par WIMP anihilāciju, kuru masa ir aptuveni 500 reizes lielāka nekā protona masai. Turklāt šo anihilāciju aprēķinātā biežums paliek teorētiski pieņemamā diapazonā, pastiprinot atbilstību starp novērojumiem un modeļiem.
Savā rakstā komanda apgalvo, ka signāls To nav viegli izskaidrot ar parastiem astrofiziskiem procesiem.piemēram, pulsāru aktivitāte, supernovu paliekas vai difūzās kosmisko staru emisijas. Šī neatbilstība tradicionālajiem skaidrojumiem padara šo atklājumu par iespējamu tiešu tumšās matērijas klātbūtnes norādi.
Darbā ir iekļauta tabula ar galvenajiem novērojuma parametriem: fotoniskā enerģija 20 GeVHalo sadalījums ap galaktikas centru, interpretācija WIMP anihilācijas izteiksmē un šo daļiņu aptuvenā masa, kas ir aptuveni 500 reizes lielāka nekā protona masa, ir sniegta to publikācijas kontekstā. Kosmoloģijas un astrodaļiņu fizikas žurnāls, viens no vadošajiem žurnāliem kosmoloģijā un astrodaļiņās.
Kāpēc tiek runāts par iespējamu pirmo tiešo ieskatu?
Pašā rakstā un turpmākajos paziņojumos Totani ir spēris soli tālāk, norādot, ka, ja viņa interpretācija ir pareiza, Šī būtu pirmā reize, kad cilvēce ir "redzējusi" tumšo matēriju.Vairs nebūtu tikai jāpamana to klātbūtne caur gravitāciju, bet gan jāvēro starojums, ko to daļiņas radītu iznīcināšanas laikā.
Fiziķis uzstāj, ka šis signāls norādītu uz jauna daļiņa, kas nav standarta modeļa sastāvdaļa daļiņu fizika — teorētiskais ietvars, kas ar milzīgu precizitāti apraksta visu, ko mēs līdz šim zinām par subatomāro pasauli. Tumšās matērijas iekļaušana šajā ietvarā prasītu pašreizējās teorijas pārskatīšanu un paplašināšanu.
Kosmoloģijai šāds apstiprinājums būtu izšķirošs elements: tas ļautu lai labāk kalibrētu matērijas sadalījumu VisumāLai sīkāk izprastu, kā veidojas galaktikas, un izskaidrotu, kāpēc kosmiskajām struktūrām ir tāda forma, kādu mēs novērojam šodien.
Praktiski šāds signāls sniegtu novērošanas komandām, tostarp Eiropas gamma staru teleskopu konsorcijiem, jauns, ļoti konkrēts mērķis: meklējiet to pašu enerģijas parakstu citās zonās, kas bagātas ar tumšo matēriju, lai pārbaudītu, vai atkārtojas tas pats modelis.
Tomēr Totani uzsver, ka rezultāts joprojām ir norāde, nevis galīgs pierādījumsSignāls atbilst teorijai, taču jebkurš cits iespējamais gamma staru avots analizētajā reģionā joprojām ir rūpīgi jāizslēdz.
Zinātnieku aprindu piesardzība un Eiropas loma
Kā jau tas bieži notiek ar paziņojumiem, kas varētu mainīt mācību grāmatas, citu speciālistu reakcija ir bijusi gan interese, gan piesardzība. Pats Totani atzīst, ka Viņu rezultāti ir jāpārbauda neatkarīgi un ka tā interpretācija pilnībā neaizver durvis alternatīviem astrofiziskas izcelsmes skaidrojumiem.
Viena no prioritārajām rindām ir atkārtot meklēšanu. identisks signāls pundurgalaktikās no Piena Ceļa oreola. Šīs mazās galaktikas, kas riņķo ap mūsējo, ir ideāli kandidāti, jo tiek uzskatīts, ka tās satur lielu daudzumu tumšās matērijas, tomēr rada mazāk gamma staru "trokšņa" nekā rosīgais galaktikas centrs.
Astrofiziķis Džastins Lass, no Sūrijas Universitātes (Apvienotā Karaliste), ir atgādinājis, ka līdz šim brīdim Pundurgalaktikās nav atrasti skaidri signāli kas apstiprina WIMP iznīcināšanu, kas, viņaprāt, ir pretrunā ar pārāk kategorisku jaunā rezultāta interpretāciju. Viņa nostāja nenoliedz darba atbilstību, taču viņš uzsver, ka šajā jomā ir nepieciešami pierādījumi, kas novērš jebkādas nepilnības alternatīviem skaidrojumiem.
No Londonas Universitātes koledžas, profesors Kinva Vu Viņš ir uzsvēris slieksni, kas šādam atklājumam ir jāpārvar: viņš norāda, ka "Ārkārtējam apgalvojumam nepieciešami ārkārtēji pierādījumi" Un ka pagaidām analīze nesasniedz šādu noteiktības līmeni. Tomēr viņš uzskata pētījumu par svarīgu stimulu tiem, kas pēta tumšo matēriju Eiropā un citos kontinentos.
Eiropas grupas, kas strādā pie ļoti augstas enerģijas teleskopiem, piemēram, projektiem, kas saistīti ar nākotni Čerenkova teleskopu masīvs (CTA)Viņi rūpīgi seko šāda veida signāliem. Viņiem iespējamas tiešas tumšās matērijas pēdas Tas ir prioritārs novērošanas mērķis turpmākajos gados gan galaktikas centrā, gan galaktiku kopās un pundursatelītos.
Kas vēl jāpārbauda un kas varētu notikt tālāk
Viens no galvenajiem punktiem ir noskaidrot, vai 20 GeV signālu var izskaidrot ar zināmi astrofiziskie avotiPiena Ceļa centrs ir sarežģīts reģions ar senām supernovām, pulsāriem, augstas enerģijas strūklām un intensīvu fona starojumu, kas visi rada fotonus, kas ievērojami sarežģī interpretāciju.
Šī iemesla dēļ pētnieki uzstāj, ka paplašināt analīzi uz citām, mazāk trokšņainām vidēmTādi objekti kā pundurgalaktikas, kas ieskauj Piena Ceļu, būs būtiski tumšās matērijas hipotēzes stiprināšanai vai vājināšanai. Ja šajos objektos tiks atklāts gamma staru pārpalikums ar paredzēto enerģiju un sadalījumu, arguments par labu uz WIMP balstītam skaidrojumam iegūtu ievērojamu spēku.
Verifikācijai būs nepieciešami abi jaunas novērošanas kampaņas piemēram, izsmalcinātākas analītiskās metodes, kas spēj tīrāk atdalīt potenciālo tumšās matērijas signālu no citiem starojumiem. Šajā kontekstā izšķiroša nozīme būs sadarbībai starp pētniecības centriem Japānā, Eiropā un citās valstīs.
Tikmēr teorētiķi strādā ar iespēju, ka daļiņa, kas ir atbildīga par tumšo matēriju, patiesībā ir WIMP veids ar masu aptuveni 500 reizes vairāk nekā protonamJa tas tiks apstiprināts, daļiņu fizika būs spiesta paplašināt standarta modeli, lai pielāgotos šai jaunajai vienībai.
Lai gan pagaidām viss paliek iespēju sfērā, ideja, ka Mēs varētu aplūkot pirmās tiešās tumšās matērijas pēdas. Tas iezīmē pagrieziena punktu: Visuma izpēte vairs nav balstīta tikai uz redzamo gaismu vai tās pazīstamākajiem variantiem un sāk paļauties uz smalkām enerģētiskām pēdām, kas varētu atklāt to, kas līdz šim ir palicis apslēpts.