Τετάρτη, 28 Ιουνίου 2017

H σκοτεινή ύλη εξαϋλώνεται γρηγορότερα στον Γαλαξία μας; Does dark matter annihilate quicker in the Milky Way?

Researchers at the Tata Institute of Fundamental Research in Mumbai have proposed a theory that predicts how dark matter may be annihilating much more rapidly in the Milky Way, than in smaller or larger galaxies and the early Universe. The Fermi LAT 60-month image, constructed from front-converting gamma rays with energies greater than 1 GeV. The most prominent feature is the bright band of diffuse glow along the map's center, which marks the central plane of our Milky Way galaxy. The gamma rays are mostly produced when energetic particles accelerated in the shock waves of supernova remnants collide with gas atoms and even light between the stars. Image credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Φυσικοί από το ινστιτούτο βασικής έρευνας Tata στην Ινδία προτείνουν μια νέα θεωρία η οποία προβλέπει πως η σκοτεινή ύλη μπορεί να εξαφανίζεται πολύ γρηγορότερα στον Γαλαξία μας, σε σχέση με μικρότερους ή μεγαλύτερους γαλαξίες, ή σε σχέση με το παρελθόν όταν το σύμπαν βρισκόταν σε βρεφική ηλικία.

Οι Anirban Das και Basudeb Dasgupta εξέτασαν αυτή τη δυνατότητα επειδή οι ανιχνευτές PAMELA, AMS02 και το τηλεσκόπιο ακτίνων γάμα Fermi, κατέγραψαν σήματα προερχόμενα μέσα από τον Γαλαξία μας, που θα μπορούσαν να αποδοθούν στην εξαύλωση της σκοτεινής ύλης. Όμως παρόμοια σήματα δεν παρατηρήθηκαν από εξωγαλαξιακές πηγές. Αν μετά από επιπλέον ελέγχους τα σήματα αυτά, που υποτίθεται πως οφείλονται στην διάσπαση σωματιδίων σκοτεινής ύλης, εξακολουθούν να προέρχονται μόνο από τον Γαλαξία μας και όχι απ’ οπουδήποτε αλλού, τότε η θεωρία των Das και Dasgupta θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί ο Γαλαξίας μας φαίνεται να έχει αυτήν την ιδιαιτερότητα.

Μόνο το 5% της ύλης-ενέργειας του σύμπαντός μας αποτελείται από την συνηθισμένη γνωστή ύλη – την ύλη από την οποία είμαστε φτιαγμένοι και αντιλαμβανόμαστε γύρω μας. Το 68% του σύμπαντος συνίσταται από την σκοτεινή ενέργεια και το υπόλοιπο 27% από την σκοτεινή ύλη.

Γνωρίζουμε ελάχιστα για την σκοτεινή ύλη (όπως επίσης και για την σκοτεινή ενέργεια). Το μόνο σίγουρο είναι πως διαθέτει μάζα και γι αυτό την αποκαλούμε ύλη. Έτσι οι φυσικοί αναγκάζονται διατυπώνουν ακραίες υποθέσεις. Σε πολλές δημοφιλείς θεωρίες τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης εξαϋλώνονται με τον ίδιο ρυθμό και στα μικρά και στα μεγάλα αστρονομικά αντικείμενα που την περιέχουν, αλλά και σε όλες τις χρονικές περιόδους κατά την εξέλιξη του του σύμπαντος.

The annihilation rates have a signature non-monotonic velocity dependence over and above the resonances, e.g., for DM mass larger than 4 TeV the galactic annihilation rate (solid line) exceeds that in clusters (dashed line) and dwarf galaxies (dot- dashed line). Credit: Anirban Das, Basudeb Dasgupta

Σύμφωνα με την νέα μελέτη [Selection Rule for Enhanced Dark Matter Annihilation] που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters πριν από μερικές μέρες, αυτή η ιδιότυπη συμπεριφορά του ρυθμού εξαύλωσης να μην παντού ο ίδιος, προέρχεται από τις συμμετρίες των σωματιδίων που εξαϋλώνονται. Επιπλέον, η ανάλυση αυτή προβλέπει πως η σκοτεινή ύλη συνίσταται πάνω από ένα είδος σωματιδίου και ότι αλληλεπιδρά διαμέσου ενός σωματιδίου μικρής μάζας – που δεν ανακαλύφθηκε ακόμα. Η απουσία σημάτων εξαύλωσης σκοτεινής ύλης έξω από τον Γαλαξία μας θα μπορούσε να είναι μια κρίσιμη ένδειξη γι αυτήν την πλουσιότερη σε σωματίδια θεωρία σκοτεινής ύλης, η οποία θα κριθεί οριστικά από τις μελλοντικές αστρονομικές παρατηρήσεις.