Tamna materija predstavlja jednu od najvećih nerešenih misterija u univerzumu. Iako je nevidljiva za naše teleskope, njeno postojanje je od suštinskog značaja – ona je gravitacioni lepak koji drži galaksije na okupu i dominira kosmosom. Naučnici decenijama tragaju za direktnim dokazom njenog postojanja, a najnovija istraživanja ukazuju da bi se ključni trag mogao kriti u samom srcu naše galaksije.

U centru Mlečnog puta primećen je misteriozni, difuzni sjaj gama zraka koji decenijama zbunjuje istraživače. Ovaj neobjašnjivi višak svetlosti dugo je bio predmet rasprava, a sada se pojavljuje kao jedan od najjačih kandidata za prvi pravi, iako indirektan, dokaz o postojanju tamne materije.

Misterija sa dva moguća rešenja

Naučna zajednica trenutno razmatra dve vodeće teorije koje pokušavaju da objasne poreklo ovog misterioznog sjaja. Prema najnovijem istraživanju objavljenom u časopisu Physical Review Letters, obe teorije su "jednako verovatne", što ovu kosmičku detektivsku priču čini još uzbudljivijom.

• Sudari i anihilacija čestica tamne materije: Prema ovoj teoriji, kada se dve čestice tamne materije sudare u gustom centru galaksije, one se anihiliraju (poništavaju) i oslobađaju energiju u vidu gama zraka, stvarajući posmatrani sjaj.
• Milisisekundni pulzari: Alternativno objašnjenje je da sjaj potiče od hiljada starih, brzo rotirajućih neutronskih zvezda poznatih kao milisekundni pulzari, koje emituju gama zrake.

Da bi testirali ove dve hipoteze, naučnici su morali da pristupe problemu iz potpuno novog ugla.

Simuliranje rođenja galaksije za nove tragove

Ključna inovacija tima istraživača sa Univerziteta Džons Hopkins leži u tome što su po prvi put uzeli u obzir istoriju formiranja Mlečnog puta. Naša galaksija nije uvek bila miran i izolovan sistem kakav je danas. Tokom svoje prve milijarde godina, manji sistemi sačinjeni od tamne materije i drugih materijala ulazili su u mladi Mlečni put i postajali njegovi gradivni blokovi. Ovaj proces formiranja je ključan jer, kako su se čestice tamne materije gravitaciono privlačile ka centru galaksije i zgušnjavale, broj njihovih međusobnih sudara se povećavao, što bi trebalo da proizvede jači gama-signal.

Koristeći superkompjutere, istraživači su kreirali mape koje pokazuju gde bi tamna materija trebalo da se nalazi, uzimajući u obzir ove realističnije uslove sudara čestica koji su se dešavali dok se galaksija formirala.

Mape se poklapaju: Snažan argument za tamnu materiju

Rezultati su bili iznenađujući: simulirane mape koje prikazuju lokaciju tamne materije pokazale su znatno poklapanje sa stvarnim mapama gama zraka koje je zabeležio Fermi gama-teleskop. Ovo poklapanje zaokružuje ono što istraživači nazivaju "trijadom dokaza" koji snažno sugerišu da višak gama zraka zaista potiče od tamne materije. Ova trijada se sastoji od sledećeg: 1) novokreirane mape lokacije tamne materije poklapaju se sa posmatranim gama-zracima, 2) predviđeni signal koji bi nastao sudarima čestica tamne materije odgovara posmatranom signalu, i 3) predviđena svojstva tih gama-zraka (poput energetskog spektra) takođe se slažu sa onim što je Fermi teleskop zabeležio.

Kako je objasnio koautor studije Džozef Silk:

"Tamna materija dominira univerzumom i drži galaksije na okupu. Izuzetno je važna i mi neprestano očajnički razmišljamo o idejama kako bismo je mogli otkriti. Gama zraci, a posebno višak svetlosti koji posmatramo u centru naše galaksije, mogli bi biti naš prvi trag."

Zašto teorija o pulsarima nije savršena

Iako je teorija o milisekundnim pulsarima i dalje u igri, istraživači ističu da je "nesavršena". Da bi se proračuni te teorije poklopili sa posmatranim sjajem, naučnici bi morali da pretpostave postojanje znatno većeg broja milisekundnih pulzara u galaktičkom centru nego što je do sada posmatrano.

Budućnost potrage: Novi teleskop bi mogao da reši paradoks

Kako razrešiti situaciju u kojoj dve potpuno različite teorije podjednako dobro objašnjavaju isti signal? Ovaj paradoks bi mogao da reši novi, ogroman gama-teleskop visoke rezolucije, nazvan Čerenkovljev teleskopski niz (Cherenkov Telescope Array). Istraživači veruju da će podaci sa ovog moćnog instrumenta pomoći da se "razbije paradoks".

Tim planira eksperiment kojim će testirati da li gama zraci koji stižu iz centra galaksije imaju višu energiju, što bi ukazivalo na pulsare, ili nižu energiju, što bi bio potpis sudara tamne materije. Pored toga, istraživači planiraju da mapiraju predviđanja o lokaciji tamne materije u nekoliko patuljastih galaksija koje kruže oko Mlečnog puta, kako bi dodatno testirali svoje modele.

Zaključak: Misterija se nastavlja

Trka za otkrivanje porekla misterioznog sjaja u srcu naše galaksije je i dalje nerešena, ali argumenti u korist tamne materije postaju sve jači. Da li smo na pragu jednog od najvećih otkrića u modernoj fizici ili nas čeka još veća zagonetka? Kako Džozef Silk zaključuje, budućnost je neizvesna: "Moguće je da ćemo videti nove podatke i potvrditi jednu teoriju nad drugom. Ili možda nećemo naći ništa, u kom slučaju će to biti još veća misterija za rešavanje."

Izvor