(NASA Goddard; A. Mellinger, CMU; T. Linden, Universität von Chicago) Das Zentrum der Milchstraße leuchtet geheimnisvoll.
Klar, da gibt es eine ganze Reihe von Sternen, zusammen mit einem schwarzes Loch 4 Millionen Mal so viel wie die Masse der Sonne – aber wenn man das Licht davon abzieht, bleibt immer noch dieser mysteriöse Überschuss an Gammastrahlung übrig, der die Region durchdringt.
Es trägt den Namen Galactic Center GeV Excess (GCE) und gibt den Wissenschaftlern seitdem Rätsel auf Entdeckung der Physiker Lisa Goodenough und Dan Hooper im Jahr 2009 . In Daten des Fermi-Teleskops der NASA fanden sie überschüssige Gammastrahlung – einige der energiereichsten Lichter im Universum – und wir konnten die Ursache nicht direkt feststellen.
Jetzt hat der Physiker Mattia Di Mauro vom Nationalen Institut für Kernphysik in Italien seinen Hut in den Ring geworfen. Seine Analyse, sagte er, deutet darauf hin Dunkle Materie als GCE-Täter (dies wurde zuerst von Goodenough und Hooper als Erklärung ins Spiel gebracht).
Wir wissen nicht, was dunkle Materie ist, nur dass es da draußen eine mysteriöse Masse gibt, die für Gravitationseffekte verantwortlich ist, die nicht durch die Dinge erklärt werden können, die wir direkt erkennen können – die normale Materie wie Sterne, Staub, Gas und Galaxien.
Beispielsweise rotieren Galaxien viel schneller, als sie sollten, wenn sie nur durch die normale Materie in ihnen gravitativ beeinflusst würden; Der Gravitationslinseneffekt – die Krümmung der Raumzeit um massive Objekte – ist weitaus stärker als er sein sollte. Was auch immer diese zusätzliche Schwerkraft erzeugt, liegt außerhalb unserer Fähigkeit, direkt zu erkennen.
Dunkle Materie erkennen wir nur an der Gravitationswirkung, die sie auf andere Objekte hat, und davon gibt es da draußen in Hülle und Fülle. Grob 80 Prozent aller Materie Im Universum gibt es dunkle Materie, auch wenn wir kein Stück davon sehen können.
Goodenough und Hooper schlugen vor, dass bestimmte Teilchen der Dunklen Materie namens WIMPS (schwach wechselwirkende massive Teilchen) und ihre Antiteilchen kollidieren würden vernichten sich gegenseitig , explodiert in einem Schauer anderer Teilchen, einschließlich Gammastrahlenphotonen. Sie sagten, diese Erklärung passe überraschend gut zu den Daten. Andere Physiker waren nicht überzeugt, einer nannte die Erklärung sogar „ wackelig '.
Im Jahr 2018 schlug ein anderes Wissenschaftlerteam vor, dass sehr alte, tote Sterne genannt werden Pulsare das wir noch nicht gesehen haben könnte den Überschuss verursachen . Dies ist plausibel, da das galaktische Zentrum überfüllt, staubig und sehr energiereich ist – es wäre ziemlich leicht, einen oder mehrere Sterne zu übersehen.
Jüngste Studien ergaben auch, dass die Verteilung der GCE nicht glatt ist – wie man es von der Vernichtung dunkler Materie erwarten würde –, sondern irgendwie klumpig und gesprenkelt, was die Drücken Sie Das Team wird als konsistent mit Punktquellen wie Sternen interpretiert.
Dann kam ein anderes Team und beherrschte diese fleckige Gammastrahlung könnte durch Dunkle Materie erzeugt werden , legte es wieder auf den Tisch. Noch mehr Forscher Dann wurde eine Serie generiert umfassender Modelle des galaktischen Zentrums mit der Vernichtung dunkler Materie unter Verwendung einer Reihe von Massen in den am häufigsten gesuchten Regimen. Sie fanden heraus, dass WIMPs wahrscheinlich nicht die Ursache für die GCE waren.
Zurück zu Di Mauro. Seine Studie vergleicht Daten des Fermi-Teleskops der letzten 11 Jahre mit Messungen anderer astronomischer Anomalien, die vom Pamela-Detektor für kosmische Strahlung an Bord des Satelliten Resurs-DK Nr. 1 und dem Alpha-Magnetspektrometer-Experiment an Bord der ISS aufgezeichnet wurden.
Insbesondere nutzt seine Studie den umfassendsten Datensatz von Fermi, der im letzten Jahr gesammelt wurde, und minimiert die durch Hintergrundstrahlung verursachten Unsicherheiten. Dies habe, so Di Mauro, Informationen über die räumliche Verteilung des GCE geliefert, die dabei helfen könnten, verschiedene Erklärungen auszuschließen.
„Wenn der Überschuss beispielsweise durch die Wechselwirkung zwischen kosmischer Strahlung und Atomen verursacht würde, würden wir aufgrund der Ausbreitung kosmischer Teilchen eine größere räumliche Verteilung bei niedrigeren Energien und eine geringere Diffusion bei höheren Energien erwarten.“ er erklärte .
„Meine Studie hingegen unterstreicht, dass sich die räumliche Verteilung des Überschusses als Funktion der Energie nicht ändert.“
Dies, sagte er, sei noch nie zuvor beobachtet worden und könne durch dunkle Materie erklärt werden, da wir glauben, dass Teilchen dunkler Materie ähnliche Energien haben sollten.
„Die Analyse zeigt deutlich, dass der Überschuss an Gammastrahlung im galaktischen Zentrum konzentriert ist, genau das, was wir im Herzen der Milchstraße erwarten würden, wenn dunkle Materie tatsächlich eine neue Art von Teilchen wäre.“ er sagte .
Was dieses Teilchen ist, ist immer noch ein großes Rätsel. In einem zweiten Preprint-Artikel haben Di Mauro und sein Kollege Martin Wolfgang Winkler von der Universität Stockholm in Schweden versucht, es aus dem Schatten zu holen, indem sie nach einem Gammastrahlenüberschuss in nahegelegenen kugelförmigen Zwerggalaxien gesucht haben. Sie haben keinen gefunden, aber diese Nullerkennung ermöglichte Beschränkungen der Masse des Dunkle-Materie-Teilchens.
Diese Einschränkungen seien mit dem GCE vereinbar, sagten sie.
Bedeutet das also, dass dunkle Materie die GCE verursacht? Nein – aber es bedeutet, dass wir nicht von dunkler Materie sprechen können ist nicht es auch verursachen. Im Grunde ist das Ganze so rätselhaft wie nie zuvor, und wir werden einige ziemlich faszinierende wissenschaftliche Erkenntnisse brauchen (und wahrscheinlich noch viel mehr Beobachtungen), um es überhaupt zu entwirren.
Wir können eine große Störung der Kraft spüren, wie viele Physiker, die vor Freude die Hände aneinander reiben.
Di Mauros Forschung wurde in veröffentlicht Körperliche Untersuchung D , und das zweite Papier ist verfügbar unter arXiv .