Samanyolu'nun merkezinde birçok gizemli olay var. Orada bulunan süper kütleli kara delik aralarında şef. Ancak burada başka bir ilginç bulmaca daha var: beklenmedik bir küresel gama ışını emisyonu bölgesi.
Yeni bir çalışma, karanlık maddenin bu emisyonların arkasında olabileceğini gösteriyor.
Evrende çok sayıda gama ışını kaynağı vardır ve bunların çoğu iyi anlaşılmıştır. Pulsarlar, magnetarlar ve kuasarların hepsi gama ışınları üretir. Ama galaksimizin merkezinden gelen gama ışınlarını açıklayabilirler mi?
Gama ışınları güçlüdür. Bunlar, Evrendeki en enerjik fenomenler tarafından üretilen bir tür nüfuz eden elektromanyetik radyasyon. Her türlü elektromanyetik radyasyonun en kısa dalga boylarına ve en yüksek foton enerjisine sahiptirler.
Samanyolu'nun kalbindeki aşırı gama ışınları fizikçiler tarafından bilinir ve buna galaktik merkez fazlalığı (GCE) derler. Samanyolu hakkında çok şey biliyoruz ve bu bilgi GCE'nin açıklamalarını önde gelen iki olasılık: ya hızla dönen nötron yıldızları olan bir pulsar popülasyonu ya da karanlık madde. Fizikçiler, karanlık madde ise, galaksinin merkezindeki yoğun bir bulutta var olduğunu, kendisiyle çarpıştığını ve gama ışınları üretmek için kendini yok ettiğini düşünüyorlar.
2015 yılında bir çalışma, GCE kaynağının aslında pulsar olduğunu ve karanlık maddenin dahil olmadığını gösterdi. Bu çalışma, fizik profesörü Tracy Slatyer de dahil olmak üzere Princeton ve MIT'den bir araştırma ekibinden geldi. Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu ile alınan galaktik merkezin gözlemlerini ve Samanyolu'ndaki gama ışınları üretebilecek tüm etkileşimleri tanımlayan bir model kullandılar. Pulsarların sorumlu olduğu sonucuna vardılar.
Ancak MIT'den Slatyer'i de içeren yeni bir çalışma, bu sonuçları bozmuş gibi görünüyor ve karanlık maddeyi tüm bu gama ışınlarının kaynağı olarak gösterdi.
Yeni çalışma “Galaktik Merkez Gama Işını Fazlalığı için Karanlık Madde Hipotezinin Yeniden Canlandırılması” başlığını taşıyor ve Fiziksel İnceleme Mektuplarında yayınlandı. Yazarlar MIT'de Teorik Fizik Merkezi'nden Tracy Slatyer ve Doğa Bilimleri Yüksek Okulu Enstitüsü'nden Rebecca Leane'dir. Çalışmaları, öncekiyle ilgili bir sorun olduğunu ve sonuçlarının güvenilir olmadığını söylüyor. GCE'ye karanlık madde katkısı fark edilmeyebilirdi.
GCE'yi pulsarlara veya karanlık maddeye daraltmanın zorluğu, fotonların yayılma şekline ve bunları tespit etme teknolojik yeteneğimize bağlıdır. Karanlık maddeden gelen gama ışınları dağınık olurken, pulsarlardan gelenler daha konsantre nokta kaynakları olur. 2015 yılında, tüm gama ışınları dağınık görünüyordu, ancak bunun nedeni nokta kaynaklarının sınırlı uzaysal çözünürlüğü olan teleskoplarımıza dağınık görünmesidir. 2015 yılında araştırmacılar pulsarların sorumlu olduğu sonucuna vardı.
Samanyolu merkezde bir çıkıntı ile az çok düzdür. Gama ışınları merkezde yaklaşık 5.000 ışıkyılı çapında küresel bir alanı kaplar. Slatyer ve meslektaşlarının 2015 yılında geliştirdikleri yöntem, bu küresel bölgenin “pürüzsüz” veya “grenli” olup olmadığına karar vermeye çalıştı. Akıl yürütmeleri şudur ki, atarcalar gama ışınlarının kaynağıysa, o gama ışınları bu küresel bölgenin grenli görünmesini sağlamalıdır. Atarca kaynağı olmayan gama ışınları arasında karanlık boşluklar olacaktır.
Ancak gama ışınları karanlık maddeden geliyorsa, küresel bölge pürüzsüz olacaktır. “Galaktik merkeze doğru her görüş alanında muhtemelen karanlık madde parçacıkları var, bu yüzden sinyalde boşluk veya soğuk nokta görmemeliyim,” diye açıkladı Slatyer.
Samanyolu'ndaki tüm madde ve gazı ve gama ışınları üretebilecek tüm parçacık etkileşimlerini açıklayan bir model geliştirdiler. Daha sonra GCE'nin küresel bölgesi için grenli veya pürüzsüz modeller ve bunları ayırmak için istatistiksel bir yöntem düşündüler. Sonra bu modeli aldılar ve gözlemlerin grenli veya pürüzsüz bir profile uyup uymadığını görmek için gerçek Fermi Gama-ışını Uzay Teleskop gözlemlerini beslediler.
Gözlemler grenli bir profile uyuyorsa, pulsarlar gama ışınlarını açıklayabilir. Pürüzsüz bir profile sığarlarsa, karanlık madde onları açıklayabilir. Grenli profil ezici bir uyumdu.
Slatyer, “Bunun yüzde 100 grenli olduğunu gördük ve“ ah, karanlık madde bunu yapamaz, bu yüzden başka bir şey olmalı ”dedik. “Umudum, bunun benzer teknikler kullanan galaktik merkez bölgesinin birçok çalışmasının sadece ilk olmasıydı. Ancak 2018 yılına kadar, yöntemin ana çapraz kontrolleri hala 2015'te yaptığımız şeylerdi, bu da beni bir şeyleri kaçırmış olabileceğimiz için oldukça gerginleştirdi. ”
Sonunda Slatyer ve Leane modeli test etmeye karar verdiler. Slatyer, yeterince sağlam olmayacağından endişe duyuyordu. Karanlık madde sinyali ve GCE ile ilişkili olmayan pulsarlar dahil olmak üzere gökyüzünün “sahte” bir haritasını oluşturmaya karar verdiler. Bunu modele beslediler ve verileri sahte bir karanlık madde sinyali içeriyor olsa da, model grenli olduğu ve dolayısıyla pulsar baskın olduğu sonucuna vardı. Slatyer'e göre, bu, modellerinin kusursuz olmadığının ve karanlık maddenin GCE'de rol oynayabileceğine dair kanıt vardı.
“Eğer gerçekten karanlık bir madde ise, karanlık maddenin yerçekimi dışındaki kuvvetler aracılığıyla görünür madde ile etkileşime girdiğine dair ilk kanıt bu olurdu.”
Rebecca Leane, Ortak Yazar, Doğa Bilimleri Fakültesi, İleri Araştırma Enstitüsü.
Daha sonra bir meslektaş, araştırmacıların modellerini test etmek için sahte bir arka plan haritası yerine gerçek Fermi gözlemleriyle birlikte sahte bir karanlık madde sinyali eklemelerini önerdi.
Bunu yaptılar ve istatistiksel modelleri testi geçemedi. Düzgün karanlık madde sinyaline rağmen, model grenli pulsar baskın bir sonuç verdi. Karanlık madde sinyallerini gerçek GCE'nin dört katına çıkardılar ve yine de modelleri bunu tespit edemedi.
Leane, “Bu aşamada oldukça heyecanlandım, çünkü etkilerin çok büyük olduğunu biliyordum - bu, karanlık madde açıklamasının tekrar masaya sürülmesi anlamına geliyordu” diyor.
Bu en yeni sonuçlar doğruysa, bu büyük bir sorun.
Leane, “Gerçekten karanlık bir madde ise, karanlık maddenin yerçekimi dışındaki kuvvetler aracılığıyla görünür madde ile etkileşime girdiğine dair ilk kanıt olurdu” diyor. “Karanlık maddenin doğası şu anda fizikteki en büyük açık sorulardan biri. Bu sinyali karanlık madde olarak tanımlamak, nihayetinde karanlık maddenin temel kimliğini ortaya çıkarmamıza izin verebilir. Fazlalık ne olursa olsun, evren hakkında yeni şeyler öğreneceğiz. ”
Slatyer bir basın açıklamasında “Bunun karanlık madde olasılığını ortadan kaldırdığımızı düşündüğümüz için heyecan verici” dedi. “Ama şimdi yaptığımız iddiada bir boşluk var, sistematik bir hata var. Sinyalin karanlık maddeden gelmesi için kapıyı yeniden açar. ”
Bu yeni sonuç, Fiziksel İnceleme Mektupları'nın 11 Aralık sayısında yayınlandı.
Daha:
- MIT Basın Bülteni: Samanyolu'nun merkezinde karanlık madde var mı?
- Araştırma Raporu: Galaktik Merkez Gama Işını Fazlalığı için Karanlık Madde Hipotezinin Yeniden Canlandırılması
- Vikipedi: Zayıf Etkileşim Devasa Parçacıklar (WIMP'ler)
