Παρασκευή, 13 Δεκεμβρίου 2019

Νέες ελπίδες για την ανίχνευση σκοτεινής ύλης στο κέντρο του Γαλαξία μας. New Hope for Milky Way Dark Matter

H αποκαλούμενη περίσσεια ακτινοβολίας γάμμα που εκπέμπεται από τον πυρήνα του γαλαξία μας μπορεί να οφείλεται στην σκοτεινή ύλη. The so-called gamma-ray excess that radiates from the core of our Galaxy might be from dark matter after all. Milky Way’s center produces more high-energy gamma rays than can be explained by known sources. This image shows the Milky Way in visible light and a gamma-ray map from NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope. Image credit: NASA’s Goddard Space Flight Center / A. Mellinger, Central Michigan University / T. Linden, University of Chicago.

Οι ακτίνες γάμμα που εκπέμπονται από την καρδιά του Γαλαξία μας έχουν τελικά σχέση με την σκοτεινή ύλη;

A map of gamma ray emissions throughout the Milky Way galaxy, based on observations from the Fermi Gamma-ray Space Telescope. The inset depicts the Galactic Center Excess – an unexpected, spherical region of gamma-ray emissions at the center of our galaxy, of unknown origin. Credit: NASA/T. Linden, U. Chicago

Το 2009, το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi ανίχνευσε μια περίσσεια ακτινοβολίας γάμμα προερχόμενη από το κέντρο του Γαλαξία μας, την οποία οι φυσικοί απέδωσαν στην εξαύλωση σωματιδίων σκοτεινής ύλης (εάν δύο σωματίδια της σκοτεινής ύλης συγκρουστούν θα μπορούσαν να εξαϋλωθούν σε δυο φωτόνια ή σε ένα φωτόνιο και ένα άλλο ουδέτερο σωματίδιο). Όμως, μερικά χρόνια αργότερα (το 2016), η ακτινοβολία αυτή αποδόθηκε στα πάλσαρ.

Χτες δημοσιεύθηκε νέα μελέτη των ερευνητριών Rebecca Leane και Tracy Slatyer, η οποία δείχνει πως υπάρχει ένα πρόβλημα στην ανάλυση των πάλσαρ και ότι η συνεισφορά της σκοτεινής ύλης δεν μπορεί να αποκλειστεί.

Studies by two independent groups from the US and the Netherlands indicate that the observed excess of gamma rays from the inner galaxy likely comes from a new source rather than from dark matter. The best candidates are rapidly rotating neutron stars, which will be prime targets for future searches. The Princeton/MIT group and the Netherlands-based group used two different techniques, non-Poissonian noise and wavelet transformation, respectively, to independently determine that the gamma ray signals were not due to dark matter annihilation. Image credit: Christoph Weniger, UvA. © UvA/Princeton.

Το 2016, ερευνητές των πανεπιστημίων MIT και Princeton, μεταξύ αυτών και η Tracy Slatyer, υποστήριξε ότι οι ακτίνες γάμμα από τα πάλσαρ και εκείνες που διαχέονται εξαιτίας της σκοτεινής ύλης, θα έπρεπε να αποτυπώνονται διαφορετικά στις φωτογραφίες του διαστημικού τηλεσκοπίου. Προσομοιώνοντας τις εκπομπές γάμμα από τέτοιου είδους πηγές, συμπέραναν ότι οι τα εκπεμπόμενα φωτόνια από τα πάλσαρ πρέπει να σχηματίζουν στις φωτογραφίες έντονες κηλίδες με σκοτεινά κενά μεταξύ τους, ενώ οι παραγόμενες σε μια σφαιρική περιοχή ακτίνες γάμμα εξαιτίας της σκοτεινή ύλης θα παρήγαγαν μια ομαλά μεταβαλλόμενη λάμψη. Η σύγκριση με τις καταγραφείσες εικόνες του διαστημικού τηλεσκοπίου Fermi έδειξε πως η περίσσεια της ακτινοβολίας γάμμα ευνοεί την ερμηνεία των πάλσαρ.

Στη νέα δημοσίευση οι Leane και Slatyer ισχυρίζονται πως ίσως δεν είναι ακριβώς έτσι τα πράγματα! Και τούτο γιατί εισάγοντας ένα ψεύτικο σήμα στα δεδομένα του Fermi, έδειξαν ότι ένα σήμα σκοτεινής ύλης θα χαθεί αν υπάρχουν σημειακές πηγές, τέτοιες όπως συγκεντρώσεις θερμού αερίου – μια κατηγορία αντικειμένων που αγνοήθηκαν στην αρχική μελέτη. Ακόμα και όταν το σήμα της σκοτεινής ύλης ήταν τέσσερις φορές ισχυρότερο από την πραγματική περίσσεια ακτίνων γάμμα, το σήμα χανόταν.

Eπομένως, ένα πραγματικό σήμα σκοτεινής ύλης πιθανώς εξακολουθεί να παραμονεύει στα δεδομένα του τηλεσκοπίου Fermi. Οι Leane και Slatyer ελπίζουν ότι οι βελτιώσεις των αλγορίθμων της ανάλυσης και οι προσεχείς παρατηρήσεις θα δώσουν οριστική απάντηση σ’ αυτό το πρόβλημα.