Ekipa iz svemirskog teleskopa Fermi pronašla je na nebu tamne galaksije bez zvijezda, ali tamna tvar je tinjala. Otkrivači još uvijek ne vjeruju u nalaz, a nemoguće je i samostalno provjeriti njihove rezultate - znanstvenici ne otkrivaju gdje su kandidati
Osim velikog sukoba dviju kultura - "fizičara i liričara", koje je u promet uveo Britanac Charles Snow prije točno 50 godina, stoljećima je također postojao mali sukob koji se odnosio isključivo na "fizičare". To je sukob između teorije i eksperimenta, u kojem prvi obično igraju ulogu nesmotrenih liberala, a drugi kao odgovorne konzervativce.
U posljednjih nekoliko godina u astrofizici se ovaj sukob nigdje nije očitovao tako jasno kao u povijesti čestica tamne materije, čiju pretvorbu u tvar smo navikli, neki znanstvenici vide, a drugi ne. Oba uvjerenja temelje se na istim podacima.
Paparazzi i PAMELA
Raspad i uništavanje
Propadanje se naziva spontanim raspadanjem čestica, poput raspadanja uranovog jezgra ili neutrona koji napušta bilo koje atomsko jezgro. Uništavanje je međusobno uništavanje čestica kad se međusobno sretnu, na primjer, uništenje elektrona i pozitrona te, općenito, materije i antimaterije.
Brzina propadanja ovisi samo o broju nestabilnih čestica, a signal uništavanja određuje učestalost sudara čestica jedni s drugima. Stoga je stopa propadanja proporcionalna gustoći, a stopa uništavanja proporcionalna je kvadratu ove količine. Na taj se način astronomi nadaju razlikovati uništavanje od propadanja u podacima promatranja.
Najveću napetost strasti dosegnuli su sredinom 2008. godine, kada je međunarodni znanstveni eksperiment PAMELA na ruskom satelitu "Resurs-DK" otkrio višak visokoenergetskih pozitrona u blizini Sunca. Mogli su se roditi za vrijeme spontanog propadanja ili međusobnog uništavanja egzotičnih čestica koje bi trebale činiti tamnu tvar.
Naravno, moguća su i druga objašnjenja, ali mogućnost „viđenja“nevidljive materije bila je toliko privlačna da su za dobivanje neobjavljenih podataka PAMELA, glasine o kojima kruže u astrofizičkom okruženju, mnogi mladi teoretičari napustili. Neki su čak i fotografirali neobjavljene PAMELA-ove ljestvice na mobilnim telefonima tijekom izvještaja sudionika projekta na konferencijama i na temelju tih podataka napisali su teoretske članke. Takve hrabre duše, kršeći nepisana etička pravila znanstvene zajednice, čak su prozvane "znanstvenim paparazzima".
Kao rezultat toga, podaci PAMELA-e ipak su formalno objavljeni, ali još uvijek nemaju jednoznačno tumačenje. Netko misli da su to tragovi tamnih čestica, netko za svoje pojave krivi neutronske zvijezde u blizini Sunca, netko općenito vjeruje da govorimo o neobrađenim sustavnim pogreškama u radu PAMELA opreme.
Magla, magla
Mnogi su se nadali da će se situacija razjasniti pokretanjem Svemirskog opservatorija Fermi, koji detektira fotone vrlo visoke energije. Oni se mogu stvoriti interakcijom obične svjetlosti s visokoenergetskim česticama (ovo je takozvano Comptonovo povratno raspršivanje). I tako su se znanstvenici nadali da će razjasniti situaciju s podacima PAMELA-e.
WMAP izmaglica WMAP je
pronašao višak mikrovalnog zračenja iz galaktičkog središta - takozvanu "WMAP maglu", koja ostaje u podacima nakon što se od njih oduzmu svi poznati izvori mikrovalne. Jedno od najvjerojatnijih objašnjenja za to je sinkrotronsko zračenje energetskih elektrona koji se namataju na liniji indukcije međuzvezdnih magnetskih polja. Upravo na istim elektronima, uz pomoć inverznog Comptonovog efekta, mogu se proizvesti visokoenergetski fotoni, što Fermi može vidjeti.
Ako čestice tamne materije stvarno postanu izvor energetskih pozitrona i elektrona, onda bi se one trebale rađati češće točno tamo gdje ima više tamne materije. Prema modernim konceptima, takva mjesta smatraju se središtima galaksija. Tako su se astronomi veselili kad su vidjeli Fermija kako se upućuje prema srcu vlastitog Mliječnog puta. Štoviše, astronomi su ovdje prije nekoliko godina dobili nagovještaj o velikom broju elektrona od svemirske letjelice WMAP.
Promotivni video:
Fermi je ušao u orbitu u lipnju 2008., a znanstvene podatke počeo je prikupljati nekoliko mjeseci kasnije. Prema pravilima grupe, podaci iz teleskopa pojavljuju se u javnom prostoru samo godinu dana nakon što su primljeni - kako bi se omogućilo „njihovim“teoretičarima da skinu s njih glavnu znanstvenu kremu. Godina je istekla početkom jeseni, ali jedna grupa teoretičara nije čekala i gotovo je ponovila priču sa "znanstvenim paparazzima". Prema članku koji se pojavio u srpnju, Fermi vidi višak zračenja prema galaktičkom središtu. Štoviše, preliminarna analiza pokazala je da se to zračenje može stvoriti na potpuno istim česticama koje je zahvatio projekt PAMELA.
Kad su Fermijevi podaci ipak objavljeni, znanstvenici su ponovili svoju analizu i već samouvjerenije izjavili: pored „izmaglice WMAP-a“postoji i „Fermijeva izmaglica“, u koju se dobro uklapa teorija propadanja ili uništavanja tamne materije. Ovaj se rad, koji je vodio Gregory Dobler iz Harvard Centra za astrofiziku, više ne srami uputiti čak niti ozbiljnim znanstvenicima, iako njegovi rezultati nisu previše različiti od zaključaka iz prethodnog rada iste skupine.
Gospodine ne
Postoji, međutim, jedan važan znak. Čak i ako postoji velik broj visokoenergetskih elektrona i pozitrona u regiji galaktičkog centra (a sve je manje sumnji o tome), njihovo podrijetlo od čestica tamne materije još uvijek treba dokazati. U principu mogu imati i druge izvore - na primjer, udarne valove od eksplozija supernove ili svih istih neutronskih zvijezda koji ostaju na mjestu takvih eksplozija. Središte Galaksije trebalo bi zasipati obema - jednostavno zato što ima toliko zvijezda, od kojih neke prije ili kasnije eksplodiraju. Iako bi alternativni modeli trebali biti prilično "naočit", za mnoge je to ipak prihvatljivije objašnjenje od neke tamne materije.
"Dobler i kompanija zakoračili su na tanak led", upozorio je Elliot Bloom, jedan od rijetkih čistih teoretičara iz eksperimentalnog tima Fermi, nakon što je njihov članak objavljen. U svom se srcu ova osoba vjerojatno mora boriti sama sa sobom - teoretičar koji je pola svog života posvetio izgledima neizravnog objašnjenja prirode tamne materije, nedavno je postao "gospodin Ne" suradnje Fermija. Upravo on najčešće mora komentirati djela poput Doblerovog članka i uvjeriti kolege i novinare da su zaključci "početnika" barem preuranjeni.
Ironično je da Bloomov rad (pdf datoteka), predstavljen u ime suradnje u obliku plakata na simpoziju Fermi 2009 u Washingtonu, može započeti još jedna epizoda u priči o promatračkom otkrivanju tamne materije. Rezultati ovog rada skrenuli su pozornost na glavno žarište fizičkih glasina - blog Resonaances, koji održava poljski fizičar Adam Falkowski sa Američkog sveučilišta Rutgers.
Tamne galaksije
Problem
sa supstrukturom Razmjer između predviđene teorije i stvarnog broja patuljastih satelita u Mliječnom putu i drugim galaksijama naziva se problemom supstrukture. Njegovo standardno rješenje je da oko nas postoje patuljaste galaksije, ali zvijezde se ne formiraju u njima.
Nedavni dokazi upućuju na to da takvo objašnjenje doista može djelovati: najmanji od nedavno otkrivenih satelita naše galaksije zaista se sastoji od svega nekoliko stotina zvijezda. Ali njihova je masa (može se procijeniti gibanjem zvijezda) mnogo veća. Pretpostavlja se da ga većina sadrži u tamnoj materiji.
Bloom je ispravno obrazložio: da bi se isključila alternativa sa ubrzanjem elektrona na udarnim valovima, potrebno je pogledati tamo gdje supernove ne eksplodiraju. U idealnom slučaju - tamo gdje uopće nema zvijezda, trebala bi biti i tamna tvar. Prema teoriji, takvi bez zvijezde tamne materije bi zapravo trebali okruživati našu Galaksiju - teorija predviđa desetak ili dva puta više patuljastih galaksija nego što se stvarno promatra.
Da bi pronašli ono što zvijezde ne osvjetljavaju, Bloom i njegov kolega Pin Wan morali su pretraživati čitavu arhivu podataka Fermija u potrazi za proširenim objektima, čije gama zračenje odgovara modelu propadanja ili uništavanja čestica tamne materije. Štoviše, takvi se predmeti ne bi trebali podudarati s poznatim izvorima, a protok fotona iz njih ne bi se s vremenom trebao mijenjati.
Bloom i Wang pronašli su 54 proširena izvora koji su se isticali najmanje četiri standardna odstupanja iznad pozadine. Nakon što su uzastopno pregledali svaku od njih, znanstvenici su odbacili 50 potencijalnih "galaksija bez zvijezda" kako ne ispunjavaju odabrane kriterije. Ostala su četiri koja zadovoljavaju kriterije. Iznad pozadine se ističu ni po četiri, već po barem pet standardnih odstupanja.
Unatoč tome, Bloom je ponovno nanio masku "Mr. No" i zaključio da u podacima Fermija prvih deset mjeseci nisu otkriveni novi tamni patuljci. Glavni argument koji je dao znanstvenik je neusklađenost spektra ovih izvora prema odabranim teoretskim modelima raspada tamne materije.
Suptilno pitanje
Ali ovo je smiješno, vjeruje Falkovsky, - dajte normalnom teoretičaru gotovo bilo koji spektar u svoje ruke, a on će vam za 15 minuta smisliti model koji će opisati taj spektar. Oko 15 minuta je, naravno, umjetničko pretjerivanje, ali dosadašnji modeli propadanja i uništenja doista pružaju vrlo širok prostor za teorijski manevar.
Možda zato Bloom ne daje spektra. U svom radu ne daje koordinate kandidata ili bilo kakve druge podatke o njima.
Sve je to vrlo intrigantno, smatra Falkovsky. Bloom ne kaže da ne postoje mračne galaksije, on samo tvrdi da „nisu bili pronađeni u Fermijevim podacima prvih deset mjeseci“. Nitko ne zna što će se dogoditi s podacima za naredne godine. Ono što je jasno jest da će Bloom, kao član suradnje u Fermiju, imati pristup do njih prije bilo koga drugog.
