Astronomowie Obserwują Sygnał Halo Promieniowania Gamma, Który Może Wskazywać na Anihilację Ciemnej Materii

Naukowcy zajmujący się astronomią ogłosili niedawno wykrycie wyraźnej struktury promieniowania gamma, przypominającej halo, otaczającej Drogę Mleczną. Odkrycie to silnie sugeruje proces anihilacji cząstek WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), które są czołowymi kandydatami na składniki ciemnej materii. Analiza, której przewodził profesor Tomonori Totani z Uniwersytetu w Tokio, opierała się na obszernym, 15-letnim zbiorze danych zebranych przez Kosmiczny Teleskop Fermiego NASA w okresie od 2008 do 2023 roku.

Obserwowany sygnał wykazuje wyraźny szczyt energetyczny dokładnie na poziomie 20 gigaelektronowoltów (GeV). Ta charakterystyka energetyczna jest nadzwyczaj zgodna z teoretycznymi przewidywaniami dotyczącymi emisji promieniowania gamma, która powstaje w wyniku anihilacji cząstek WIMP. Jest to kluczowy element, który odróżnia ten sygnał od szumu tła.

Waga tego potencjalnego odkrycia wzrasta, biorąc pod uwagę zmierzoną intensywność oraz lokalizację. Zgłoszony nadmiar promieniowania gamma w halo galaktycznym jest dziesięciokrotnie silniejszy niż wcześniej odnotowany nadmiar zaobserwowany w pobliżu Centrum Galaktycznego. Ciemna materia, stanowiąca około 84% materii we Wszechświecie, pozostaje niewykrywalna konwencjonalnymi metodami, ponieważ jej cząstki nie oddziałują elektromagnetycznie. W związku z tym, sygnatura gamma może stanowić pierwsze bezpośrednie świadectwo istnienia tego nieuchwytnego składnika.

Profesor Totani sugeruje, że jeśli ta interpretacja okaże się słuszna, będzie to pierwszy moment, w którym ludzkość będzie mogła „zobaczyć” ciemną materię. Oznaczałoby to potwierdzenie istnienia elementarnej cząstki spoza obowiązującego Modelu Standardowego fizyki cząstek. Szacowana masa tych cząstek WIMP, wynikająca z analizy, wynosi około 500 mas protonu, co mieści się w granicach oczekiwań teoretycznych.

Środowisko naukowe podchodzi do tych doniesień z należytą rezerwą i ostrożnością. Wynika to z nieodłącznej trudności w izolowaniu takich sygnałów spośród złożonego astrofizycznego szumu tła. Profesor Joe Silk z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa zwrócił uwagę, że emisja ta mogłaby mieć źródło w nie do końca wyjaśnionym procesie astrofizycznym. Być może jest to związane z tzw. „bąblami Fermiego”, które powstały w wyniku dawnej aktywności supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki.

Dr Moorts Muru z Leibniz Institute for Astrophysics wyraził ostrożne poparcie. Zauważył, że znane obiekty gwiezdne zazwyczaj nie emitują na tak wysokich poziomach energii. Jednocześnie podkreślił, że obecne odkrycie nie jest jeszcze dowodem ostatecznym. Nowy sygnał różni się od nadwyżki promieniowania gamma, którą po raz pierwszy zauważono w pobliżu Centrum Galaktycznego już w 2009 roku, która sama w sobie pozostaje nierozwiązaną anomalią.

Badania te, opublikowane w prestiżowym „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics”, wymagały skrupulatnego modelowania i odejmowania znanych źródeł, takich jak promieniowanie kosmiczne i interakcje gazu międzygwiazdowego, aby wyodrębnić resztkowy komponent halo. Niezbędne jest niezależne potwierdzenie tych wyników. Naukowcy zamierzają teraz skupić się na poszukiwaniu identycznej sygnatury 20-GeV w innych obszarach gęstych od ciemnej materii, na przykład w karłowatych galaktykach Drogi Mlecznej, które oferują czystsze tło do testowania hipotezy anihilacji WIMP.

Przyszłe możliwości obserwacyjne, zwłaszcza te związane z Obserwatorium Czerenkowskim (CTA), mają kluczowe znaczenie dla ostatecznego potwierdzenia. CTA ma zapewnić niespotykaną dotąd rozdzielczość energetyczną i czułość w zakresie wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Oczekuje się, że dzięki temu detekcja ciemnej materii może zostać przesunięta o rząd wielkości w zakresie wielo-TeV, co stanowiłoby prawdziwy przełom w fizyce.