Skoro čitav vek traje lov na kosmičkog duha. Još od tridesetih godina prošlog veka, kada je astronom Fric Cviki (Fritz Zwicky) primetio da se galaksije kreću prebrzo da bi ih sopstvena vidljiva masa držala na okupu, čovečanstvo je suočeno sa zagonetkom koja proganja generacije astronoma – tamnom materijom. Cviki je teoretisao o postojanju nevidljive skele koja svojom gravitacijom oblikuje kosmos. Paradoks je u tome što tamna materija čini najveći deo mase univerzuma, a ipak je potpuno nevidljiva, jer ne emituje, ne apsorbuje niti reflektuje svetlost.

Sada, nakon decenija traganja, naučnici su možda konačno na pragu rešenja. Koristeći podatke prikupljene svemirskim teleskopom Fermi, veruje se da je pronađen prvi direktan dokaz o postojanju tamne materije. Ovo potencijalno revolucionarno otkriće moglo bi da promeni naše razumevanje univerzuma. U nastavku predstavljamo četiri ključna zaključka koja objašnjavaju šta su naučnici otkrili i zašto je to toliko važno.

"Videli" smo nevidljivo kroz anihilaciju čestica

Osnovni razlog zašto je tamnu materiju tako teško detektovati jeste taj što njene čestice ne interaguju sa elektromagnetnom silom – one su imune na svetlost. Zbog toga je nemoguće posmatrati je direktno pomoću teleskopa.

Vodeća teorija pretpostavlja da je tamna materija sačinjena od takozvanih "slabo interagujućih masivnih čestica" (WIMP-ova). Iako ove čestice uglavnom prolaze kroz običnu materiju kao duhovi, teorija predviđa da se nešto posebno dešava kada se dve WIMP čestice sudare.

Ključni koncept je anihilacija: proces u kojem se čestica i njen antipod sudare i nestanu u čistom bljesku energije. Kada se dva WIMP-a sudare, oni se međusobno poništavaju, oslobađajući visokoenergetske gama zrake. Upravo ovaj predviđeni eho gama zraka je signal koji je analiza profesora Totanija, čini se, konačno uhvatila.

Dokaz se krije u "duhu" koji okružuje našu galaksiju

Analizirajući podatke sa teleskopa Fermi, profesor Tomonori Totani sa Univerziteta u Tokiju otkrio je gama zrake specifične energije od 20 gigaelektronvolti – kolosalne količine energije za interakciju jedne čestice, što ukazuje na veoma masivan izvor. Ovi zraci dolaze iz pravca centra naše galaksije, Mlečnog puta.

Ono što je najvažnije, ovaj signal se ne može lako objasniti poznatim astronomskim fenomenima ili drugim izvorima gama zračenja, što ga izdvaja od uobičajenog kosmičkog šuma. Ali ono što ga čini zaista izvanrednim kandidatom za tamnu materiju jeste savršeno poklapanje sa teorijskim predviđanjima po tri ključna osnova:

1. Oblik: Emisija formira difuznu strukturu nalik oreolu ("halolike structure") koja se proteže oko galaktičkog centra, identično obliku koji teorijski modeli predviđaju za oreol tamne materije.
2. Energija: Energetski spektar zraka precizno odgovara predviđanjima za anihilaciju WIMP-ova čija je masa oko 500 puta veća od mase protona.
3. Učestalost: Procenjena učestalost anihilacije WIMP-ova, izračunata na osnovu izmerenog intenziteta gama zraka, takođe se savršeno uklapa u opseg teorijskih predviđanja.

Pronaći signal koji se poklapa sa jednim od ovih svojstava mogla bi biti slučajnost. Ali pronaći jedan koji se istovremeno poklapa sa sva tri – oblikom, energijom i učestalošću – čini ovo otkriće izuzetno snažnim kandidatom za prvi stvarni trag tamne materije.

Ovo otkriće nagoveštava potpuno novu fiziku

Ako se ovi rezultati potvrde, to bi bio prvi put da je čovečanstvo uspelo da "vidi" efekte tamne materije, a ne samo njene gravitacione posledice. Ovo otkriće ne bi samo rešilo stogodišnju misteriju u astronomiji, već bi otvorilo potpuno novo poglavlje u fizici.

Potvrda bi značila da postoji nova, fundamentalna čestica koja nije deo Standardnog modela fizike čestica – trenutno najbolje teorije koja opisuje sve poznate čestice i sile. To bi bio dokaz da je naše razumevanje fundamentalne prirode materije nepotpuno i da nas čeka potpuno nova fizika.

Profesor Totani je sumirao značaj ovog otkrića sledećim rečima:

"Ako je ovo tačno, koliko ja znam, to bi bio prvi put da je čovečanstvo 'videlo' tamnu materiju. I ispostavlja se da je tamna materija nova čestica koja nije uključena u trenutni standardni model fizike čestica. Ovo označava veliki napredak u astronomiji i fizici."

Potraga još uvek nije gotova

Iako su rezultati izuzetno obećavajući, naučni proces zahteva oprez i rigoroznu proveru. Pre nego što se ovo otkriće proglasi konačnim, rezultati profesora Totanija moraju biti potvrđeni nezavisnom analizom od strane drugih istraživača i naučnih timova.

Naučnici sada traže dodatne dokaze kako bi učvrstili ovaj nalaz. Ključni sledeći korak bio bi detektovanje istih gama zraka iz drugih lokacija za koje se zna da su bogate tamnom materijom. Idealni kandidati su patuljaste galaksije koje orbitiraju oko Mlečnog puta. Ako bi se isti signal detektovao i iz ovih izvora, to bi pružilo mnogo jači dokaz da njegovo poreklo zaista leži u anihilaciji tamne materije.

Završna misao

Nalazimo se na pragu potencijalno revolucionarnog otkrića koje je naučnicima izmicalo decenijama. Iako je put do konačne potvrde još uvek dug, možda po prvi put vidimo bledi, sablasni sjaj skrivene skele univerzuma. Ovaj "duh" od gama zraka oko naše galaksije mogao bi biti prozor u potpuno novu fiziku.