Temná hmota poblíž středu naší galaxie je „zploštělá“, nikoli kulatá, jak se dříve myslelo, ukazují nové simulace. Objev může poukazovat na původ záhadné vysokoenergetické záře, která mátla astronomy více než deset let, i když k vyloučení jiných teorií je zapotřebí dalšího výzkumu.
„Když Fermiho vesmírný dalekohled ukázal na galaktický střed, naměřil příliš mnoho gama záření,“ Moorits Mihkel Muruvýzkumník z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam v Německu a University of Tartu v Estonsku, řekl Live Science prostřednictvím e-mailu. „Různé teorie se předhánějí ve vysvětlení toho, co by mohlo způsobit tento přebytek, ale nikdo zatím nemá definitivní odpověď.“
Brzy, vědci navržený odkud by mohla pocházet záře temná hmota částice se navzájem srážejí a ničí. Zploštělý tvar signálu však neodpovídal sférickým halo předpokládaným ve většině modelů temné hmoty. Tento rozpor vedl mnoho vědců k upřednostňování alternativní vysvětlení zahrnující milisekundové pulsary – starověké, rychle rotující neutronové hvězdy, které vyzařují gama záření.
Nyní byla v časopise zveřejněna studie 16. října Fyzické kontrolní dopisy a vedená Muru zpochybňuje dlouhotrvající předpoklad o tvaru temné hmoty. Pomocí pokročilých simulací Mléčná dráhaMuru a jeho kolegové zjistili, že temná hmota v blízkosti galaktického centra není dokonale kulatá, ale zploštělá – stejně jako pozorovaný gama signál.
Trvalá vesmírná hádanka
Gama-paprsky jsou nejúčinnější formou světla. Často jsou produkovány v nejextrémnějších prostředích vesmíru, jako jsou prudké hvězdné exploze a hmota vířící kolem černých děr. Přesto i po zohlednění známých zdrojů astronomové neustále nacházeli nevysvětlitelnou záři pocházející z Mléčná dráhajádro.
Jedním z navrhovaných vysvětlení je, že záření pochází z temné hmoty – neviditelné látky, která tvoří většinu hmoty vesmíru. Některé modely naznačují, že částice temné hmoty se mohou občas rozbít a přeměnit část své hmoty na záblesky gama záření.
„Protože neexistují žádná přímá měření temné hmoty, moc o ní nevíme,“ řekl Muru. „Jedna teorie říká, že částice temné hmoty mohou vzájemně interagovat a anihilovat. Když se dvě částice srazí, uvolňují energii jako vysokoenergetické záření.“
Ale tato teorie upadla v nemilost, když se zploštělý diskovitý tvar gama paprsků neshodoval s předpokládaným tvarem halo temné hmoty – které jsou považovány za sférické.
Přehodnocení tvaru temné hmoty
Muru a jeho kolegové se rozhodli přehodnotit základní předpoklad, že temná hmota ve vnitřní galaxii musí být sférická. Pomocí počítačových simulací s vysokým rozlišením známých jako sada HESTIA, která znovu vytváří galaxie podobné Mléčné dráze v realistickém kosmickém prostředí, tým studoval, jak se temná hmota chová v blízkosti galaktického centra.
Zjistili, že minulé sloučení a gravitační interakce mohou narušit distribuci temné hmoty a zploštit ji do oválného nebo krabicovitého tvaru – podobně jako vyboulenina hvězd viděná uprostřed naší galaxie.
„Náš nejdůležitější výsledek ukázal, že důvod, proč byla interpretace temné hmoty znevýhodněna, pochází z jednoduchého předpokladu,“ řekl Muru. „Zjistili jsme, že temná hmota v blízkosti středu není sférická – je zploštělá. To nás přivádí o krok blíže k odhalení, co temná hmota skutečně je, pomocí vodítek pocházejících ze srdce naší galaxie.“
Tento revidovaný obrázek znamená, že vzor gama záření očekávaný z anihilace temné hmoty by přirozeně mohl vypadat velmi podobně jako to, co pozorují astronomové. Jinými slovy, vysvětlení temné hmoty mohlo být podceněno jednoduše proto, že vědci používali špatný tvar.
Co přijde dál
Ačkoli nová zjištění posilují argument pro temnou hmotu jako původ signálu gama záření, neuzavírají debatu. K rozlišení mezi temnou hmotou a pulsary potřebují astronomové ostřejší pozorování.
„Jasným náznakem hvězdného vysvětlení by bylo objevení dostatečného množství pulsarů, které by odpovídaly za záři gama záření,“ řekl Muru. „Nové dalekohledy s vyšším rozlišením se již staví, což by mohlo pomoci tuto otázku vyřešit.“
Pokud připravované nástroje, jako jsou čtvercové kilometry (SKA) a Čerenkovův dalekohled (CTA), odhalí mnoho malých, bodových zdrojů v galaktickém centru, upřednostní vysvětlení pulsaru. Pokud místo toho záření zůstane hladké a rozptýlené, scénář temné hmoty by získal podporu.
„‚Dýmící zbraň‘ pro temnou hmotu by byla signálem, který přesně odpovídá teoretickým předpovědím,“ poznamenal Muru a dodal, že takové potvrzení bude vyžadovat jak vylepšené modelování, tak lepší dalekohledy. „Dokonce i před další generací pozorování se naše modely a předpovědi neustále zlepšují. Jedním z výhledů do budoucna je najít další místa k testování našich teorií, jako jsou centrální oblasti blízkých trpasličích galaxií.“
Záhada přemíry gama záření přetrvává již více než 10 let, přičemž každá nová studie přidává kousek do skládačky. Ať už záře pochází z temné hmoty, pulsarů nebo něčeho zcela neočekávaného, Muruovy výsledky zdůrazňují, jak může samotná struktura galaxie obsahovat zásadní vodítka. Přetvořením našeho chápání temného jádra Mléčné dráhy se vědci přibližují k odpovědi na jednu z nejzásadnějších otázek moderní astrofyziky – co temná hmota ve skutečnosti je.
