חומר אפל עשוי להיות מקור לקרני גמא שמגיעות ממרכז שביל החלב

Send

יש המון המהלכים המסתוריים במרכז שביל החלב. החור השחור העל-מסיבי שגר שם הוא העיקרי ביניהם. אבל יש שם עוד פאזל מסקרן: אזור כדורי בלתי צפוי של פליטות קרני גאמא אינטנסיביות.

מחקר חדש מעלה כי חומר אפל עשוי להיות מאחורי פליטות אלה.

יש ביקום המון מקורות קרני גאמא, ורובם מובנים היטב. פולסרים, מגנטרים וקוואזרים כולם מייצרים קרני גאמה. אך האם הם יכולים להסביר את קרני הגמא שמגיעות ממרכז הגלקסיה שלנו?

קרני הגמא הן עוצמתיות. הם סוג של קרינה אלקטרומגנטית חודרת המיוצרת על ידי התופעות האנרגטיות ביותר ביקום. יש להם את אורכי הגל הקצרים ביותר מכל סוג של קרינה אלקטרומגנטית, ואנרגיית הפוטון הגבוהה ביותר.

עודף קרני הגמא בלב שביל החלב ידוע לפיזיקאים, והם מכנים אותו עודף המרכז הגלקטי (GCE.) אנו יודעים הרבה על שביל החלב, והידע הזה צמצם את ההסברים ל- GCE עד שתי אפשרויות מובילות: או אוכלוסייה של פולסרים, שהם מסתובבים במהירות כוכבי נויטרונים, או חומר אפל. פיזיקאים חושבים שאם זה חומר אפל, הוא קיים בענן צפוף במרכז הגלקסיה, מתנגש בעצמו ומשמיד את עצמו לייצור קרני גאמה.

בשנת 2015, מחקר הראה כי המקור ל- GCE הוא למעשה פולסרים, וחומר אפל לא היה מעורב. מחקר זה הגיע מצוות חוקרים מפרינסטון ו- MIT, כולל פרופסור חבר לפיזיקה טרייסי סלאטייר. הם השתמשו בתצפיות על המרכז הגלקסי שצולמו באמצעות טלסקופ החלל-קרני פרמה גמא יחד עם מודל המתאר את כל האינטראקציות בנתיב החלב שעלולות לייצר קרני גאמה. הם הגיעו למסקנה כי פולסרים היו אחראיים.

אולם נראה שמחקר חדש, שכלל גם את סלאטייר מ- MIT, הפך את התוצאות הללו והצביע על חומר אפל כמקור לכל קרני הגמא.

המחקר החדש נקרא "תחיית ההשערה של חומר האפל למרכז הגלקסי עודף גמא-ריי" והוא מתפרסם במכתבי ביקורת פיזית. הכותבים הם טרייסי סלאטייר מהמרכז לפיזיקה תיאורטית ב- MIT, ורבקה ליין מבית הספר למדעי הטבע, המכון למחקר מתקדם. המחקר שלהם אומר שיש בעיה עם זו הקודמת, והתוצאות שלה לא אמינות. תרומה של עניין אפל ל- GCE יכולה הייתה לשים לב.

הקושי לצמצם את ה- GCE למערכת פולסארים או לחומר אפל מסתכם באופן הפולטות של הפוטונים ועל היכולת הטכנולוגית שלנו לזהות אותם. קרני גאמה מחומר אפל יהיו מפוזרות, בעוד שקרני פולסארים יהיו מקורות נקודתיים מרוכזים יותר. בשנת 2015 כל קרני הגמא נראו מפוזרות, אך זה יכול להיות מכיוון שמקורות הנקודה נראים מפוזרים לטלסקופים שלנו, בעלי רזולוציה מרחבית מוגבלת. בשנת 2015 הגיעו החוקרים למסקנה כי פולסרים אחראים.

שביל החלב פחות או יותר שטוח, עם בליטה במרכז. קרני הגמא תופסת אזור כדורית במרכז כ -5,000 שנות אור ברדיוס. השיטה שפיתחו סלאטייר ועמיתיה בשנת 2015 ניסו לפתור אם האזור הכדורי הזה "חלק" או אם הוא "גרגר". הנימוק שלהם היה שאם פולסרים הם מקור קרני הגמא, אז קרני הגמא צריכות לגרום לאזור הכדורי הזה להיראות גרגירי. יתקיימו פערים כהים בין קרני הגמא בהן לא היו מקורות פולסארים.

אבל אם קרני הגמא הגיעו מחומר אפל, אז האזור הכדורי היה חלק. סלטיייר הסביר כי "לכל קו ראייה לעבר המרכז הגלקטי יש חלקיקי חומר אפל, לכן אסור לי לראות פערים או נקודות קרות באות.

הם פיתחו מודל שהיווה את כל החומר והגז שבדרך החלב, ואת כל יחסי הגומלין בין החלקיקים שיכולים לייצר קרני גאמה. אחר כך שקלו מודלים לאזור הכדור של ה- GCE שהיו מגורענים או חלקים, ושיטה סטטיסטית להבדיל ביניהם. אחר כך הם לקחו את הדגם הזה והאכילו לתוכו תצפיות טלסקופ חלל פרמי גאמא בפועל, כדי לראות אם התצפיות משתלבות בפרופיל גרגרני או חלק.

אם התצפיות משתלבות בפרופיל מגורען, אז פולסרים יכולים להסביר את קרני הגמא. אם הם משתלבים בפרופיל חלק, אז חומר אפל יכול להסביר אותם. הפרופיל הגורען היה מתאים למדי.

"ראינו שזה גרגר במאה אחוז, ולכן אמרנו, 'אה, חומר אפל לא יכול לעשות את זה, אז זה בטח משהו אחר'," נזכר סלאטיר. "תקוותי הייתה שזה יהיה רק הראשון מבין המחקרים הרבים באזור המרכז הגלקטי בטכניקות דומות. אבל עד 2018, הבדיקות העיקריות של השיטה היו עדיין אלה שעשינו בשנת 2015, מה שגרם לי להיות די לחוצה שאולי פספסנו משהו. "

בסופו של דבר החליטו סלאטייר וליין לבדוק את הדגם. סלאטייר היה מודאג מכך שאולי זה לא מספיק חזק. הם החליטו ליצור מפת שמיים "מזויפת" הכוללת אות של חומר אפל ופולסארים שלא היו קשורים ל- GCE. הם הזינו אותו למודל ולמרות שהנתונים שלהם מכילים אות של חומר אפל מזויף, המודל הגיע למסקנה שהוא גרגר, ולכן נשלט על ידי פולסאר. לטענת סלאטייר, זו הייתה ההוכחה שהמודל שלהם לא היה חסין טיפש, וכי עדיין היה מקום לחומר אפל למלא תפקיד ב- GCE.

"אם זה חומר אפל באמת, זו תהיה העדות הראשונה לכך שחומר אפל אינטראקציה עם חומר גלוי דרך כוחות שאינם כוח משיכה."
רבקה לין, סופרת משותפת, בית הספר למדעי הטבע, המכון לחקר מתקדם.

אז הציע עמית לחוקרים להוסיף אות חומר מזוהה מזויף בשילוב תצפיות פרמי אמיתיות כדי לבדוק את המודל שלהם, במקום עם מפת רקע מזויפת.

הם עשו זאת, והמודל הסטטיסטי שלהם נכשל במבחן. למרות אות החומר האפל החלק, הדגם החזיר תוצאה נשלטת בפולסאר. הם הצמידו את אות החומר האפל שלהם לארבע פעמים מגודל ה- GCE בפועל ועדיין המודל שלהם לא הצליח לזהות אותו.

"" בשלב זה הייתי די נרגש מכיוון שידעתי שההשלכות היו גדולות מאוד - פירוש הדבר שההסבר על החומר האפל היה שוב על השולחן, "אומרת לין.

אם התוצאות החדשות ביותר הללו נכונות, זה עניין גדול.

"אם זה חומר אפל באמת, זו תהיה העדות הראשונה לכך שחומר אפל מתקשר עם חומר גלוי דרך כוחות שאינם כוח משיכה", אומרת לין. "טבע החומר האפל הוא אחת השאלות הפתוחות הגדולות ביותר בפיזיקה כרגע. זיהוי האות הזה כחומר אפל עשוי לאפשר לנו לחשוף סוף סוף את הזהות הבסיסית של החומר האפל. לא משנה מה יתברר שהעודף, אנו נלמד משהו חדש על היקום. "

"מרגש בכך שחשבנו שחיסלנו את האפשרות שמדובר בעניין אפל", אמר סלאטייר בהודעה לעיתונות. "אבל עכשיו יש פרצה, שגיאה שיטתית בטענה שהגשנו. זה פותח מחדש את הדלת כדי שהאות יגיע מחומר אפל. "

תוצאה חדשה זו מתפרסמת בכתב העת Physical Review Letters בגיליון ה -11 בדצמבר.