Gammasäteet - maailmankaikkeuden kirkkain ja voimakkain valo - purjehtivat taivaan poikki, ihmisten silmille näkymätöntä. Nämä poikkeuksellisen energiset säteilypurkaukset välähtävät supernoova-räjähdyksistä, kipinöivät törmääviä neutronitähtiä ja säteilevät nälkäisistä mustista reikistä.
Kun tähtitieteilijät voivat saada ne gammasäteillä, nämä näkymättömät ilotulitteet osoittavat kohti joitain maailmankaikkeuden räjähtävimmistä rakenteista. Nyt kansainvälinen tutkijaryhmä toivoo, että nuo kaikki voimakkaat säteet voisivat johtaa myös jotain tuntemattomampaan ja vaikeampaan - näkemättömään aineeseen, jota kutsutaan tummaksi aineeksi.
Uudessa tutkimuksessa, joka hyväksyttiin julkaisemiseen Physical Review Letters -lehdessä ja joka esiteltiin esipainetietokannassa arXiv, tutkijat tarkastelivat sitä, mitä he kutsuvat "ratkaisemattomaksi gammasäteiden taustaksi" - ts. Kaikkea heikkoa ja salaperäistä gammasädettä signaalit, jotka jäävät jälkeen tunnetuista lähteistä, kuten mustista reikistä ja supernovoista, otetaan huomioon. Kun joukkue vertasi ratkaisematta jääneiden gammasäteiden karttaa aineen tiheyden kartalla samassa maailmankaikkeuden osassa, he huomasivat, että säteet kohdistuivat tarkasti painovoimaisesti massiivisiin alueisiin, joilla tumman aineen ennustettiin piiloutuneen.
Tutkimuksen kirjoittaja Daniel Gruenin mukaan tämä korrelaatio viittaa siihen, että tumma aine voi olla suurelta osin vastuussa maailmankaikkeuden heikosta gammasäteestä. Jos näin on, se voisi antaa tähtitieteilijöille joitain tärkeitä vihjeitä salaperäisen aineen ominaisuuksista.
"Pimeä aine voi hajota kuin radioaktiivinen ydin, tuottaen gammasäteitä samalla tavalla", Gruen, Kalifornian Stanfordin yliopiston SLAC: n kansallisen kiihdytinlaboratorion energiaosaston astrofysiikka, sanoi Live Science: lle. "Tai ehkä useita tumman aineen hiukkasia törmäävät toisiinsa tuottaen gammasäteitä niiden vuorovaikutuksessa."
Ripples pimeässä
Tumman aineen uskotaan muodostavan noin 85% maailmankaikkeuden massasta, vaikka tutkijat eivät vieläkään ole positiivisia, missä tai missä se on. Täysin näkymätöntä nykyaikaisille tieteellisille välineille, tavaraa ei ole koskaan onnistuttu havaitsemaan.
"Tiedämme kuitenkin joitain tumman aineen ominaisuuksista", Gruen sanoi. "Me tiedämme, että se on hyvin yleistä, ja tiedämme, että sillä on massa, joka vuorovaikutuksessa on gravitaatiota toisen massan kanssa."
Toisin sanoen, vaikka tumma aine on näkymätöntä, se vaikuttaa näkyvästi maailmankaikkeuteen voimakkaan painovoimansa kautta. Yksi näistä iskuista tunnetaan painovoimalasilinssinä - lähinnä kuinka kaukaisista galakseista tulevaa valoa vääntää niiden massiivisten esineiden painovoima, jota se kulkee matkallaan kohti Maata.
Uutta tutkimusta varten tutkijat tarkastelivat gravitaatiolinssien karttaa tietyssä maailmankaikkeuden palasessa, koonnut projektin nimeltä Dark Energy Survey (DES). Chilessä sijaitsevalle jättiläiselle kaukoputkelle asennetun tutkimuksen oma kamera käytti vuoden ajan katkaisemalla teräväpiirtokuvia sadoista miljoonista galakseista keskittyen kohtaan, missä kaukana oleva valo on eniten kaipautunut voimakkaan painovoiman taskujen avulla. Vaikka jotkut tuloksena olevan kartan massiivisimmista alueista vastaavat tunnettuja galakseja, muut mojovaiset taskut osoittavat todennäköisesti tumman aineen piilotetun vaikutuksen työssä, Gruen sanoi.
Ymmärtääksesi paremmin, mikä tämä vaikutus voi näyttää, tutkijat vertasivat tätä massakarttaa gammasäteilypäästöjen karttaan, jonka NASA: n Fermi-gammasäteen kaukoputki on havainnut viimeisen yhdeksän vuoden aikana. Matemaattista mallia käyttämällä ryhmä poisti kaiken säteilyn, joka voitaisiin lopullisesti sitoa "arkisiin" lähteisiin, kuten mustiin reikiin ja supernoviin, perustuen niiden energiantuotantoon, etäisyyteen ja moniin muihin tekijöihin.
Nyt, kun jäljellä on vain salaperäisiä "ratkaisemattomia" gammasäteilylähteitä, joukkue vertasi molempia karttoja. He näkivät selvän päällekkäisyyden voimakkaan gammasäteilyalueiden ja paljon massaa sisältävien alueiden välillä.
"Tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa olemme olleet varmoja, että siellä, missä on paljon gammasäteitä, on myös paljon tummaa ainetta", Gruen sanoi.
Jos tumma aine todella säteilee gammasäteitä, se voi vakavasti kaventaa miten se havaitaan ja mistä se todellisuudessa on valmistettu. On kuitenkin edelleen mahdollista, että heikolla gammasäteiden taustalla Fermi-kartalla ei ole mitään tekemistä tumman aineen kanssa, Gruen sanoi. Matemaattinen malli, jota tutkijat käyttivät karkottamaan nuo "maalliset" gammasäteilylähteet (kuten mustat aukot), perustuu joihinkin oletuksiin objektien ominaisuuksista. Jos nämä oletukset ovat vääriä, etäiset mustat aukot voivat olla vastuussa salaperäisestä gammasäteiden taustasta paljon enemmän kuin tutkijoiden mielestä.
"Ehkä tuo malli on epätäydellinen, ja ehkä me todella opimme jotain näistä gammasäteitä säteilevistä mustista reikistä", Gruen sanoi. "Ehkä nämä mustat aukot asuvat massiivisissa galakseissa kuin luulimme."
Lisää tietoa sekä gammasäteistä että painovoimaobjektiivista auttaa joukkuetta hioamaan malliaan ja tulkitsemaan paremmin maailmankartoituksensa. Tutkimuksen päättämisen jälkeen DES on kerännyt kuusi kertaa enemmän tietoa maailmankaikkeuden massajakaumasta, ja FERMI-satelliitti on edelleen yksi monista gammasäteilyä seuraavista kaukoputkeista. Seuraavien vuosien aikana tulisi seurata vielä selkeämpiä tuloksia osoittava jatkotutkimus, Gruen sanoi.
