Учените са по-близо до потвърждаване на съществуването на тъмна материя

Учените може би се доближават до момента, в който ще потвърдят съществуването на тъмната материя - невидимата материя, за която се смята, че съставлява повече от една четвърт от космоса - докато изучават дифузно сияние на гама-лъчи близо до центъра на нашата галактика.

Всичко видимо във Вселената е съставено от обикновена материя - от звезди и планети до хора, тасове и такос. Обикновената материя може да се види в дължини на вълните от инфрачервената до видимата светлина и гама-лъчите, но съставлява само около 5% от Вселената, пише Ройтерс.

Тъмната материя, която не поглъща, не отразява и не излъчва светлина, изглежда съставлява около 27% от Вселената. Останалите приблизително 68% се дължат на друг загадъчен компонент – тъмната енергия.

Учените са уверени, че тъмната материя съществува поради гравитационните си ефекти в голям мащаб във Вселената. Поради самата си природа, съществуването ѝ е трудно за доказване. Надежда за дългоочаквано потвърждение дава изследване на необичайно силно гама-лъчение, наблюдавано и картографирано от космическия телескоп „Ферми“ в обширна област около центъра на Млечния път. Учените предлагат две конкуриращи се обяснения за произхода на това гама-лъчение.

Едното е, че те са причинени от сблъскващи се частици тъмна материя, събрани в този галактически регион. Другото е, че са причинени от клас неутронни звезди - плътните колапсирани ядра на масивни звезди след смъртта им - наречени милисекундни пулсари, които излъчват светлина в целия електромагнитен спектър, докато се въртят стотици пъти в секунда.

Нов цялостен анализ, включващ усъвършенствани симулации, е претеглил достойнствата на тези конкуриращи се хипотези, като ги е сметнал за еднакво вероятни. Гама-лъчите, генерирани от сблъсъци на частици тъмна материя, показа проучването, биха произвели същия гама-лъчев сигнал като този, наблюдаван от спътника Ферми.

„Разбирането на природата на тъмната материя, която прониква в нашата галактика и цялата вселена, е един от най-големите проблеми във физиката“, каза космологът Джоузеф Силк от университета Джонс Хопкинс в Мериленд и Института по астрофизика на университета Париж/Сорбона, един от авторите на изследването, публикувано в четвъртък в списанието Physical Review Letters.

„Нашият ключов нов резултат е, че тъмната материя съответства на данните за гама-лъчите поне толкова добре, колкото и конкурентната хипотеза за неутронна звезда. Увеличихме вероятността тъмната материя да бъде открита индиректно“, добави Силк.

Изследователите заявиха, че най-мощният наземен гама-телескоп в света - обсерваторията Cherenkov Telescope Array, която в момента се строи в Чили - може да даде отговор, като диференцира гама-лъчевите емисии от тези два източника. Той би могъл да заработи още през 2026 г.

„Тъй като тъмната материя не излъчва или блокира светлина, можем да я открием само чрез гравитационните ѝ ефекти върху видимата материя. Въпреки десетилетията търсене, нито един експеримент все още не е открил директно частици тъмна материя“, каза астрофизикът и водещ автор на изследването Муриц Михкел Муру от Университета в Тарту и Института за астрофизика Лайбниц в Потсдам.

Излишъкът от гама-лъчи е наблюдаван в регион, простиращ се през най-вътрешните 7000 светлинни години от галактиката. Светлинна година е разстоянието, което светлината изминава за една година - 9,5 трилиона км. Този регион е на около 26 000 светлинни години от Земята.

Гама-лъчите показват най-малките дължини на вълните и най-високата енергия от всички вълни в електромагнитния спектър. Защо гама-лъчите могат да бъдат доказателство за тъмна материя? Предполага се, че частиците на тъмната материя се анихилират напълно - т.е. частиците се унищожават, когято се сблъскат с техните античастици, а това води до образуването на енергия, която най-често е под формата на гама-лъчи.

Смята се, че Млечният път се е образувал в резултат на гравитационния колапс на огромен облак, съставен от тъмна и обикновена материя.

„Обикновената материя се е охладила и е паднала в централните области, повличайки със себе си и малко тъмна материя“, каза Силк. „Уникално за най-простата хипотеза за тъмната материя е фактът, че частиците на тъмната материя се смятат за свои собствени античастици и се анихилират напълно, когато се сблъскат. Само протоните и антипротоните правят нещо подобно, за да произвеждат енергийни гама-лъчи, а антипротоните са изключително редки.“

Но сиянието може да се получи и от колективното излъчване на много хиляди досега ненаблюдавани милисекундни пулсари. Сателитът Ферми потвърди, че подобни обекти са източници на гама-лъчи, които биха могли да обяснят сиянието в този регион.