"Spēj pašiznīcināties": dīvains fenomens Piena Ceļa centrā norāda uz jauna veida tumšo matēriju

Zinātnieki, iespējams, ir atraduši jaunu tumšās matērijas veidu, un tas slēpjas tieši Piena Ceļa centrā. Salīdzinot ar citiem kandidātiem, šī parādība ir ne tikai vieglāka, bet tai arī piemīt spēja pašiznīcināties.

Brīnumi tuvīnās-galaktikas centrā

Kad divas šī potenciāli jaunā tumšās matērijas veida daļiņas sastopas, tās iznīcina viena otru, veidojot negatīvi lādētu elektronu un tā pozitīvi lādēto ekvivalentu, pozitronu. Šis process, kas pazīstams kā jonizācija, nodrošina enerģiju, kas nepieciešama, lai atdalītu elektronus no neitrāliem atomiem blīvā gāzē Piena Ceļa centrā. Tas varētu būt pieklājīgs izskaidrojums, kāpēc mūsu galaktikas sirdī (iestājā, kas pazīstama kā Centrālā molekulārā zona vai CMZ) ir tik daudz jonizētas gāzes.

"Mēs pieņemam, ka tumšā matērija, kas ir vieglāka par protonu, var būt atbildīga par neparasto efektu, kas novērots Piena Ceļa centrā. Atšķirībā no lielākās daļas kandidātu, kurus bieži pēta to gravitācijas efektu dēļ, šis tumšās matērijas veids var izpausties kā gāzu jonizācija, burtiski atbrīvojot elektronus no atomiem CMZ," skaidro grupas vadītājs un Londonas Karaliskā koledžas zinātniskais darbinieks Šjams Balādži.

Tumšā matērija ir hipotētisks Visuma komponents, kas, izņemot tumšo enerģiju, veido 80% no visa. Lai arī šī atrība ir visuresoša, zinātnieki nevar redzēt tumšo matēriju, bet reģistrē tā klātbūtni tikai pēc gravitācijas ietekmes uz redzamo materiju un relikvielu starojumu.

Pašlaik galvenie tumšās matērijas kandidāti ir aksjoni un aksijonveidīgās daļiņas, tomēr Balādži ar kolēģiem izslēdza tos kā vaininiekus parādībai, kas notiek Piena Ceļa centrā.

"Lielākā daļa aksionu modeļu neparedz būtisku anihilācijuAnnihilācija ir elementāro daļiņu un antidaļiņu mijiedarbība, kuras rezultātā tās pārvēršas citās matērijas formās, piem., elektrona un pozitrona pārvēršanās pāru fotonos. elektron-pozitronu pāros tā, kā to dara mūsu piedāvātā tumšā matērija," saka Balādži. "Tā ir viena miljarda elektronvoltu masa un pašiznīcinās elektronos un pozitronos, kas to atšķir no citiem. Šis veids tieši ietekmē starpzvaigžņu vidi, radot pazīmes papildu jonizācijas veidā, ko parasti nesagaida no aksioniem."

Tumšā matērija - galvenais kandidāts

"Lielākā problēma, ko šis modelis palīdz atrisināt, ir pārmērīgā jonizācija CMZ," saka Balādži. "Kosmiskie stari, parastie vaininieki gāzu jonizācijā, nešķiet pietiekami spēcīgi, lai izskaidrotu augsto jonizācijas līmeni, kuru mēs novērojam."

Kosmiskie stari ir augsti enerģiska elementārās daļiņas, kas pārvietojas ar ātrumu, kas tuvu gaismas ātrumam. Taču CMZ jonizācijas signāli, saskaņā ar komandu, norāda uz lēnāk kustīgu avotu, kas ir vieglāks par daudziem citiem tumšās matērijas kandidātiem. Turklāt, ja kosmiskie stari izraisītu CMZ gāzu jonizāciju, tam vajadzētu tikt fiksētam saistītā gamma staru emisijā, taču pētnieki šajā reģionā to līdz šim nav novērojuši.

Turklāt tumšās matērijas anihilācijas modelis varētu arī izskaidrot raksturīgu CMZ gaismas emisiju, kas rodas pozitīvi lādētu pozitronu un negatīvi lādētu elektronu sadursmes rezultātā, kas savienojas stāvoklī, kas pazīstams kā pozitronijs, un pēc tam ātri sadalās rentgenstaros, gaismā ar nedaudz mazāku enerģiju nekā gamma stariem.

"Skaitļi sakrīt daudz labāk, nekā mēs gaidījām. Bieži tumšās matērijas izskaidrojumi sastopas ar problēmām, jo tie pieņem signālus, kas jau sen būtu bijuši jāievēro teleskopiem," piebilst Balādži. "Bet šajā gadījumā tumšās matērijas radītā jonizācijas ātrums ideāli saskan ar zināmajiem ierobežojumiem un neskar gamma starus un kosmisko mikroviļņu fonu."

Vēl viena teorija

Acīmredzot jaunais tumšās matērijas kandidāts ir teorētiskās dzīves sākumā un vēl nav ieguvis pat oficiālu nosaukumu. Izskaidrojums ar aksioniem, salīdzinājumam, pastāv kopš 1978. gada, kad to pirmo reizi ierosināja teorētiskie fiziķi Franks Vilčeks un Stīvens Vainbergs.

"Mums vajag precīzākus jonizācijas mērījumus CMZ; ja mēs spēsim precīzāk kartēt jonizāciju, varēsim redzēt, vai tā atbilst paredzētajai tumšās matērijas izkārtojumam," noslēdz Balādži. "Ja mēs izslēgsim citus potenciālos jonizācijas avotus, tumšās matērijas hipotēze kļūs pārliecinošāka."

Meklējumos pēc tālākiem pierādījumiem par saikni starp anihilējošo tumšo matēriju un dīvainajiem starojumiem no CMZ varētu palīdzēt nākotnes NASA kosmiskais teleskops COSI (Komptona spektrometrs un attēlotājs) — to bija paredzēts palaist 2027 gadā, bet, ņemot vērā aģentūras restrukturizāciju ar Amerikas jauno valdību, šie plāni vēl var mainīties.

Pētījums tika publicēts žurnālā Physical Review Letters (caur Space.com).