Przełom w kosmologii? Naukowcy mogli po raz pierwszy wykryć ciemną materię
Image
Kosmiczny teleskop Fermi zarejestrował sygnały, które mogą być pierwszym bezpośrednim dowodem istnienia ciemnej materii. Profesor Tomonori Totani z Uniwersytetu Tokijskiego wykrył promienie gamma o energii 20 gigaelektronowoltów układające się w strukturę przypominającą halo wokół centrum Drogi Mlecznej. To właśnie taki sygnał powinien powstać podczas zderzenia hipotetycznych masywnych cząstek WIMP – głównych kandydatów na nośniki ciemnej materii.
Ciemna materia to jedna z największych zagadek współczesnej nauki. W latach 30. XX wieku szwajcarski astronom Fritz Zwicky zauważył, że galaktyki poruszają się zbyt szybko, by widoczna materia mogła je utrzymać razem. Zaczął podejrzewać, że we wszechświecie istnieje niewidzialna substancja zapewniająca dodatkową siłę grawitacyjną. Późniejsze obserwacje potwierdziły, że ciemna materia stanowi około 27% wszechświata, podczas gdy zwykła materia – gwiazdy, planety, my sami – to zaledwie 5%.
Problem z ciemną materią polega na tym, że nie oddziałuje ona z promieniowaniem elektromagnetycznym. Nie emituje światła, nie pochłania go ani nie odbija. Dlatego przez prawie sto lat astronomowie mogli ją wykrywać wyłącznie pośrednio, obserwując jej wpływ grawitacyjny na zwykłą materię. Teraz to może się zmienić.
Według dominującej teorii ciemną materię tworzą cząstki WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), które są około 500 razy masywniejsze od protonu. Choć te hipotetyczne cząstki prawie wcale nie oddziałują z innymi formami materii, gdy dwie z nich się zderzą, powinny wzajemnie się unicestwić, wytwarzając kaskadę innych cząstek – w tym fotony promieniowania gamma.
Badacze od lat obserwują miejsca, gdzie ciemna materia powinna być najbardziej skoncentrowana – szczególnie centrum naszej galaktyki – wypatrując takich właśnie promieni gamma. Dotychczas bez skutku. Totani postanowił przyjrzeć się innej strefie: halo Drogi Mlecznej, czyli rozległemu obszarowi otaczającemu płaszczyznę galaktyki.
Analizując 15 lat danych zebranych przez teleskop Fermi, japoński astronom odkrył coś niezwykłego. Po odfiltrowaniu wszystkich znanych źródeł promieniowania gamma – od gazu międzygwiezdnego po promieniowanie kosmiczne i gigantyczne bańki plazmy nad i pod centrum galaktyki – pozostał sygnał, którego tam być nie powinno.
Zakres energii tych promieni gamma dokładnie odpowiada teoretycznym przewidywaniom dla anihilacji cząstek WIMP. Co więcej, intensywność promieniowania sugeruje częstotliwość zderzeń mieszczącą się w granicach oczekiwań teoretycznych. Ważne jest też to, że inne zjawiska astronomiczne nie wyjaśniają łatwo tego typu sygnału.
Sam Totani podkreśla jednak ostrożność. Jak przyznał w rozmowie z NBC News, choć jest podekscytowany, na początku odnosił się do odkrycia sceptycznie – dopiero po szczegółowej weryfikacji poczuł, że może mieć rację. Wyniki muszą zostać niezależnie potwierdzone przez innych naukowców.
Nie wszyscy eksperci są przekonani. Jan Conrad, profesor astrofizyki cząstek ze Sztokholmskiego Uniwersytetu, przestrzega przed zbyt pochopnymi wnioskami. Jak zauważa, podobny nadmiar promieniowania gamma zaobserwowano już w 2009 roku w centrum galaktyki i po 16 latach naukowcy wciąż nie są zgodni, czy to ciemna materia.
Problem polega na tym, że promienie gamma mogą powstawać na wiele sposobów – od pulsarów przez czarne dziury po eksplozje supernowych. Choć energia 20 gigaelektronowoltów jest znaczna, nie jest całkowicie niespotykana w kosmosie.
Jak więc potwierdzić odkrycie? Kluczem mogą być galaktyki karłowate krążące wokół Drogi Mlecznej. Uważa się, że są one wyjątkowo bogate w ciemną materię, ale jednocześnie zawierają bardzo mało źródeł promieniowania gamma – stanowią więc idealne laboratorium do testowania hipotezy. Jeśli podobny sygnał pojawi się tam, byłby to mocny argument za odkryciem Totaniego.
Ostatecznym dowodem mogą być jednak eksperymenty naziemne. Na całym świecie prowadzi się dziesiątki projektów mających wykryć cząstki ciemnej materii bezpośrednio – w głębokich podziemnych laboratoriach, gdzie nie dociera promieniowanie kosmiczne. Gdyby któryś z nich zarejestrował cząstki o masie około 500 mas protonu, dokładnie pasujące do danych Totaniego, sprawa byłaby rozstrzygnięta.
W nadchodzących latach astronomowie będą mieli do dyspozycji Cherenkov Telescope Array Observatory – nową generację naziemnych teleskopów gamma, które pozwolą znacznie dokładniej przyjrzeć się sygnałowi z halo galaktycznego.
Czy naprawdę po raz pierwszy zobaczyliśmy ciemną materię? Czas pokaże. Jedno jest pewne – jeśli odkrycie się potwierdzi, będzie to przełom w fizyce cząstek i astrofizyce. Oznaczałoby bowiem, że ciemna materia jest nową cząstką nieujętą w obecnym modelu standardowym fizyki – czymś, czego naukowcy szukają od dziesięcioleci.
Źródła:
https://scitechdaily.com/in-a-first-for-humanity-scientists-may-have-finally-seen-dark-matter/
https://www.sciencefocus.com/news/dark-matter-gamma-ray-halo
https://phys.org/news/2025-11-years-scientists-dark.html
https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00433.html
- Dodaj komentarz
- 216 odsłon
