Vědci se přibližují k potvrzení existence temné hmoty

Vědci se možná blíží k potvrzení existence temné hmoty – neviditelné hmoty, o níž se předpokládá, že tvoří více než čtvrtinu vesmíru –, když studují difúzní záři gama paprsků poblíž středu naší galaxie.

Vše, co je ve vesmíru viditelné, je vyrobeno z obyčejné hmoty – od hvězd a planet po lidi a puklice a tacos. Obyčejnou hmotu lze vidět ve vlnových délkách od infračerveného po viditelné světlo a paprsky gama, ale tvoří jen asi 5 % vesmíru. Zdá se, že temná hmota, která neabsorbuje, neodráží ani nevyzařuje žádné světlo, tvoří asi 27 % vesmíru, přičemž zbývajících zhruba 68 % tvoří další záhadná složka zvaná temná energie.

Vědci jsou přesvědčeni, že temná hmota existuje kvůli jejím gravitačním účinkům ve velkém měřítku ve vesmíru. Kvůli jeho samotné povaze bylo těžké prokázat jeho existenci. Ale výzkum přebytku gama paprsků pozorovaný a zmapovaný Fermiho gama kosmickým dalekohledem přes obrovskou rozlohu blízko srdce Mléčné dráhy nabízí příslib pro poskytnutí dlouho hledaného potvrzení.

Vědci předložili dvě vzájemně si konkurující vysvětlení těchto emisí gama záření.

Jedním z nich je, že jsou způsobeny srážkami částic temné hmoty shromážděných v této galaktické oblasti. Druhým je, že jsou způsobeny třídou neutronových hvězd – hustými zhroucenými jádry hmotných hvězd po jejich smrti – nazývanými milisekundové pulsary, které emitují světlo napříč elektromagnetickým spektrem, když rotují stovkykrát za sekundu.

Nová komplexní analýza včetně pokročilých simulací posoudila přednosti těchto konkurenčních hypotéz a považovala je za stejně pravděpodobné. Studie ukázala, že gama paprsky generované srážkami částic temné hmoty by produkovaly stejný gama signál, jaký pozorovala družice Fermi.

„Pochopení podstaty temné hmoty, která prostupuje naší galaxií a celým vesmírem, je jedním z největších problémů fyziky,“ řekl kosmolog Joseph Silk z Johns Hopkins University v Marylandu a Ústavu astrofyziky Pařížské/Sorbonnské univerzity, jeden z autorů studie zveřejněné ve čtvrtek v časopise Physical Review Letters.

„Naším klíčovým novým výsledkem je, že temná hmota odpovídá datům gama záření přinejmenším stejně dobře jako hypotéza konkurenčních neutronových hvězd. Zvýšili jsme pravděpodobnost, že temná hmota byla nepřímo detekována,“ dodal Silk.

Výzkumníci uvedli, že nejvýkonnější pozemní gama dalekohled na světě – Cherenkov Telescope Array Observatory, nyní ve výstavbě v Chile – může být schopen poskytnout odpověď odlišením emisí gama záření z těchto dvou zdrojů. Do provozu by mohl být uveden již v roce 2026.

„Vzhledem k tomu, že temná hmota nevyzařuje ani neblokuje světlo, můžeme ji detekovat pouze prostřednictvím jejích gravitačních účinků na viditelnou hmotu. Navzdory desetiletím hledání dosud žádný experiment nezjistil částice temné hmoty přímo,“ řekl astrofyzik a hlavní autor studie Moorits Mihkel Muru z univerzity v Tartu a Leibnizova institutu pro astrofyziku Postupim.

Přebytek gama záření byl pozorován v oblasti rozprostírající se přes nejvnitřnějších 7000 světelných let galaxie. Světelný rok je vzdálenost, kterou světlo urazí za rok, 5,9 bilionu mil (9,5 bilionu km). Tato oblast je asi 26 000 světelných let od Země.

Gama záření vykazuje nejmenší vlnové délky a nejvyšší energii ze všech vln v elektromagnetickém spektru. Proč může být gama záření důkazem temné hmoty? Předpokládá se, že částice temné hmoty úplně anihilují, když se srazí, přičemž tyto srážky generují gama paprsky jako vedlejší produkt.

Předpokládá se, že Mléčná dráha vznikla kolapsem pod vlivem gravitace obrovského mračna temné hmoty a obyčejné hmoty.

„Obyčejná hmota vychladla a spadla do centrálních oblastí a táhla s sebou nějakou temnou hmotu,“ řekl Silk. „Unikátní na nejjednodušší hypotéze temné hmoty je skutečnost, že se předpokládá, že částice temné hmoty jsou jejich vlastními antičásticemi a úplně anihilují, když se srazí. Pouze protony a antiprotony dělají něco podobného, ​​aby produkovaly energetické paprsky gama, a antiprotony jsou mimořádně vzácné.“

Záře však mohla vzniknout také hromadnou emisí mnoha tisíců dosud nepozorovaných milisekundových pulsarů. Satelit Fermi potvrdil, že takové objekty jsou zdroje gama záření, které by mohly vysvětlit záři v této oblasti.