Astrofysiikassa ja fyysisessä kosmologiassa pimeä aine on aineen tyyppi, jonka arvioidaan muodostavan noin 85 % maailmankaikkeuden aineesta ja joka ei ole pimeää energiaa, baryonia (tavallista ainetta) tai neutriinoa.
Tutkijat ovat päässeet lähemmäksi pimeän aineen olemassaolon vahvistamista havaitsemalla hajautuneen gammasäteilyn lähellä galaksimme keskustaa, kertoo Reuters.
Tutkijat ovat varmoja pimeän aineen olemassaolosta sen suuren gravitaatiovaikutuksen vuoksi maailmankaikkeuteen. Sen luonteen vuoksi sen olemassaolon todistaminen on kuitenkin ollut vaikeaa.
Viimeaikaiset tutkimukset gamma-säteilyn ylimäärästä, joka on havaittu ja kartoitettu Fermilab-gammateeleskoopilla laajalla alueella lähellä Linnunradan keskustaa, antavat nyt toivoa tarvittavasta vahvistuksesta.
Tutkijat ovat esittäneet kaksi kilpailevaa selitystä näille gammasäteille. Yksi selitys on, että ne johtuvat galaksin tällä alueella kertyneiden pimeän aineen hiukkasten törmäyksistä. Toinen selitys on, että ne johtuvat neutronitähtien luokasta (tiheät, romahtaneet massiivisten tähtien ytimet niiden kuoleman jälkeen), joita kutsutaan millisekunnin pulsareiksi ja jotka säteilevät valoa koko sähkömagneettisella spektrillä pyörimällä akselinsa ympäri satoja kertoja sekunnissa.
Uusi kattava analyysi, joka sisältää edistyksellisen mallinnuksen, on punninnut näiden kilpailevien hypoteesien ansioita ja todennut ne yhtä todennäköisiksi. Tutkimus osoitti, että tumman aineen hiukkasten törmäyksissä syntyvä gammasäteily tuottaa saman gammasignaalin kuin Fermi-satelliitin havaitsema.
”Ymmärtää pimeän aineen luonnetta, joka läpäisee galaksimme ja koko maailmankaikkeuden, on yksi fysiikan suurimmista haasteista”, sanoi kosmologi Joseph Silk Johns Hopkinsin yliopistosta Marylandista ja Sorbonnen astrofysiikan instituutista Pariisista, yksi torstaina Physical Review Letters -lehdessä julkaistun tutkimuksen tekijöistä.
”Keskeinen uusi tuloksemme on, että pimeä aine sopii vähintään yhtä hyvin gamma-säteilyn dataan kuin kilpaileva neutronitähtihypoteesi. Olemme lisänneet todennäköisyyttä, että pimeä aine on löydetty epäsuorasti”, Silk lisää.
Tutkijat ovat ilmoittaneet, että maailman tehokkain maassa sijaitseva gammateleskooppi – Chilessä rakenteilla oleva Cherenkov-antenniristikko – voi antaa vastauksen erottelemalla näiden kahden lähteen gammasäteilyn. Tämä teleskooppi voidaan ottaa käyttöön vuonna 2026.
”Koska pimeä aine ei säteile eikä estä valoa, voimme havaita sen vain sen gravitaatiovaikutuksen perusteella näkyvään aineeseen. Vuosikymmenten etsinnästä huolimatta yksikään koe ei ole vielä antanut mahdollisuutta havaita suoraan pimeän aineen hiukkasia”, lisää astrofyysikko ja tutkimuksen johtava kirjoittaja Moorits Mihkel Muru Tarton yliopistosta (Viro) ja Potsdamin Leibniz-astrofysiikan instituutista (Saksa).
Ylimääräistä gammasäteilyä havaittiin alueella, joka ulottuu 7000 valovuoden päähän galaksin keskustasta. Valovuosi on etäisyys, jonka valo kulkee vuodessa, eli 9,5 biljoonaa kilometriä. Tämä alue sijaitsee noin 26 000 valovuoden päässä Maasta.
Gammasäteillä on lyhin aallonpituus ja suurin energia kaikista sähkömagneettisen spektrin aalloista. Tutkijat olettavat, että pimeän aineen hiukkaset tuhoavat toisensa täysin törmäyksessä ja tuottavat gammasäteitä sivutuotteena.
Milky Wayn muodostuminen
Milky Wayn uskotaan muodostuneen valtavan pimeän aineen ja tavallisen aineen pilven romahdettua gravitaation vaikutuksesta.
”Tavallinen aine jäähtyi ja putosi keskusalueille vetäen mukanaan pimeän aineen”, Silk sanoo. ”Yksinkertaisimman pimeän aineen hypoteesin ainutlaatuinen piirre on, että pimeän aineen hiukkaset katsotaan omiksi antipartikkeleikseen ja ne tuhoutuvat täysin törmäyksessä. Vain protonit ja antiprotonit tuottavat jotain, joka muistuttaa korkeaenergistä gammasäteilyä, ja antiprotonit ovat erittäin harvinaisia”, hän lisää.
Hehku voi kuitenkin johtua myös tuhansien aiemmin havaitsemattomien millisekunnin pulsareiden kollektiivisesta säteilystä. Fermi-satelliitti vahvistaa, että nämä kohteet ovat gammasäteilyn lähteitä, mikä voi selittää hehkun tässä alueella.
