Symulacja potwierdza, że ​​ciemna materia ulega anihilacji w centrum naszej galaktyki

Kiedy teleskop kosmiczny FERMI został skierowany na centrum Drogi Mlecznej, rezultaty zszokowały świat nauki. Wykrył on zbyt dużą ilość promieniowania gamma, najsilniejszego rodzaju światła we wszechświecie. Astronomowie na całym świecie znaleźli się w sytuacji bez precedensu - zarejestrowano tajemniczy “nadmiar promieniowania gamma”, którego pochodzenie wywołało gorące spory w środowisku naukowym.

Po latach intensywnych badań wyłoniły się dwie główne teorie wyjaśniające to zjawisko: albo promienie gamma są wynikiem działalności pulsarów milisekundowych (supergęstych gwiazd neutronowych obracających się z prędkością tysięcy obrotów na sekundę), albo powstają w wyniku zderzania się i anihilacji cząstek ciemnej materii. Obie koncepcje miały swoje silne i słabe strony, ale brakowało rozstrzygających dowodów.

Najnowsze badania prowadzone przez naukowców z Instytutu Astrofizyki im. Leibniza w Poczdamie we współpracy z uczonymi z Uniwersytetu Hebrajskiego w Izraelu oraz Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w USA, rzuciły nowe światło na ten problem. Wykorzystując zaawansowane symulacje komputerowe, odtworzyli oni proces formowania się galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej w warunkach kosmicznego otoczenia zbliżonych do naszych.

Wyniki zaskoczyły nawet samych badaczy. Okazało się, że ciemna materia w wewnętrznej części naszej galaktyki nie jest rozłożona sferycznie, jak wcześniej zakładano, lecz jest spłaszczona i asymetryczna, wykazując strukturę podobną do rozkładu gwiazd. To fundamentalne odkrycie zmieniło nasze postrzeganie struktury halo ciemnej materii, które otacza Drogę Mleczną.

“Przeanalizowaliśmy symulacje Drogi Mlecznej i jej halo ciemnej materii i odkryliśmy, że spłaszczenie tego obszaru wystarcza, aby wyjaśnić nadmiar promieniowania gamma jako wynik samoistnej anihilacji cząstek ciemnej materii”, wyjaśnia Moorits Muru, główny autor opublikowanego w Physical Review Letters artykułu. “Nasze obliczenia jednoznacznie wskazują, że należy intensyfikować poszukiwania cząstek ciemnej materii zdolnych do samoistnej anihilacji, co przybliży nas do zrozumienia tajemniczej natury tych cząstek.”

Wcześniej naukowcy podejrzewali, że anihilacja ciemnej materii może być źródłem tych promieni, ale ich przestrzenny rozkład nie odpowiadał przewidywanemu rozłożeniu ciemnej materii. Przeprowadzone symulacje wykazały, że gdy uwzględnimy prawidłową, nieregularną dystrybucję ciemnej materii, jej anihilacja doskonale wyjaśnia obserwowany nadmiar promieniowania gamma w centrum galaktyki.

To przełomowe odkrycie potwierdza hipotezę, że nadmiar promieniowania gamma jest spowodowany anihilacją ciemnej materii, a nie innymi źródłami, takimi jak pulsary milisekundowe. W przeciwieństwie do wcześniejszych modeli, które nie uwzględniały kompresji wewnętrznego halo przez grawitacyjne oddziaływanie barionów (zwykłej materii), nowe symulacje uwzględniają te efekty, co pozwala na wyjaśnienie emisji tak skoncentrowanej, jak ta obserwowana przez teleskop Fermi-LAT.

To odkrycie otwiera nowe perspektywy dla astronomii i fizyki cząstek. Pozwala nam nie tylko lepiej zrozumieć strukturę naszej galaktyki, ale także zbliża nas do rozwiązania jednej z największych zagadek współczesnej fizyki - natury ciemnej materii, która stanowi około 85% masy wszechświata, pozostając przy tym niewidzialna i nieuchwytna dla konwencjonalnych metod obserwacji.

Źródła:

https://phys.org/news/2025-10-milky-gamma-ray-excess-due.html

https://newsmoco.com/science/dark-matter-annihilation-linked-to-gamma-r…

https://fermi.gsfc.nasa.gov/science/eteu/dm/

https://www.sci.news/astronomy/milky-ways-galactic-center-excess-dark-m…

https://arxiv.org/abs/2201.03567