Kiinan kiertoradalla sijaitsevan DAMPE-observatorion ensimmäiset havainnot, jotka on suunniteltu etsimään tummaa ainetta, puoltavat sitä tosiasiaa, että tumma aine voi tosiasiassa rapistua maapallon kiertoradan läheisyydessä ja galaksin keskustassa, tutkijat sanovat Nature-lehden artikkelissa.
"Tämä" rajaus "kosmisten säteiden spektrissä, jonka löysimme, saattaa viitata pimeän aineen olemassaoloon. Toisaalta se olisi voinut olla peräisin jostakin muusta näiden hiukkasten lähteestä. Tähän kysymykseen vastaamiseen tarvitaan lisää tietoa, ja odotamme edelleen DAMPEn toimivan vielä vähintään viisi vuotta”, sanoi Chang Jin Zijinshanin observatoriosta Nanjingissä, Kiinassa.
Tummat taivaat
Pitkäksi aikaa tutkijat uskoivat, että maailmankaikkeus koostuu näkemästämme aineesta, joka muodostaa perustan kaikille tähtiille, mustille reikille, sumuille, pölyklustereille ja planeetoille. Mutta ensimmäiset havainnot tähtiä nopeudesta läheisissä galakseissa osoittivat, että niiden laitamilla olevat tähdet liikkuvat niissä mahdottomasti suurella nopeudella, joka oli noin 10 kertaa suurempi kuin laskelmat, jotka perustuivat kaikkien niiden tähtijen massoihin.
Syynä tähän oli tutkijoiden mukaan tänään niin kutsuttu tumma aine - salaperäinen aine, jonka osuus on noin 75% maailmankaikkeuden aineen massasta. Tyypillisesti jokaisessa galaksissa on noin 8-10 kertaa enemmän tummaa ainetta kuin sen näkyvässä serkkussa, ja tämä tumma aine pitää tähdet paikoillaan ja estää niitä sironmasta.
Nykyään melkein kaikki tutkijat ovat vakuuttuneita tumman aineen olemassaolosta, mutta sen ominaisuudet ovat ilmeisen painovoimavaikutuksen lisäksi galakseihin ja galaksiklusteriin edelleen mysteeri ja astrofysiikkojen ja kosmologien kiistojen aihe. Pitkäksi aikaa tutkijat olettivat, että se koostui superheavy- ja "kylmistä" hiukkasista - "wimpeistä", jotka eivät ilmene millään tavalla, lukuun ottamatta näkyvien aineryhmien houkuttelemista.
Ensimmäiset mahdolliset pimeän aineen jäljet löysi vuonna 2008 venäläinen satelliitti Resurs-DK1, jonka PAMELA-ilmaisin havaitsi epätavallisen suuren määrän antimateriaalipartikkeleita maapallon kiertoradalla, jotka tutkijoiden mukaan saattavat tuottaa tämän salaperäisen aineen rappeutumalla.
Mainosvideo:
Myöhemmin ISS: n AMS-02-ilmaisin vahvisti nämä tiedot, mutta monet astrofysiikit ovat eri mieltä tästä ajatuksesta ja uskovat, että tämä antimateria on alun perin vähemmän eksoottista alkuperää - sen olisi voinut tuottaa pulsaattorit tai jotkut muut kaukaisten kosmisten säteilylähteiden lähteet. energiat.
Tänä vuonna "pulsar" -teoria asetettiin kyseenalaiseksi korkean korkeuden HAWC-kaukoputken avulla kerätyn tiedon julkaisemisen jälkeen, joka tarkkailee maailmankaikkeutta gamma-alueella. Tämä herätti fyysikkojen kiinnostuksen "eksoottisiin" selityksiin tämän omituisen poikkeaman suhteen maan kiertoradalla.
Kosmologiset arvoitukset
DAMPE-avaruusteleskooppi, jonka Kiina aloitti maan kiertoradalle joulukuussa 2015, on toisaalta testannut näitä oletuksia tarkkailemalla galaksin ja muiden tähtiklustereiden keskuksesta peräisin olevia tuntemattoman alkuperäisiä erittäin suurienergisiä kosmisia säteitä.
Joidenkin nykyisten kosmologien mukaan tämä säteily voi syntyä myös tumman aineen rappeutumisen seurauksena kohdissa, joissa se kertyy erityisen paljon. Jos näin on, niin galaksin keskustasta lähtevillä kosmisilla säteillä on erityinen energiaspektri - hiukkasten lukumäärä muuttuu aluksi suhteellisen hitaasti energian kasvaessa, mutta saavuttaessaan tietyn pisteen, se vajoaa jyrkästi alaspäin.
Ensimmäiset vinkit tämän "kallion" olemassaolosta, kuten Jin huomautti, löydettiin havainnoissa AMS-02: llä, mutta tämä ilmaisin ei pystynyt seuraamaan ultravoimaisia hiukkasia, joita DAMPE voi "nähdä", ja maapallon kaukoputkien tiedot eivät olleet riittäviä tarkka sanoakseen varmasti.
Kiinalaisten fyysikkojen mukaan DAMPE: n ensimmäisellä toimintajaksollaan joulukuusta 2015 kesäkuuhun 2017 keräämät tiedot ovat ensimmäinen varma näyttö siitä, että tämä "kallio" todella on olemassa ja että se sijaitsee tarkalleen missä sen pitäisi olla teoriaennusteiden kanssa.
Jin ja hänen kollegansa toivovat seuraavan viiden vuoden aikana, että DAMPE kerää tietoja vielä 10 miljardista kosmisesta säteestä, mikä antaa tutkijoille mahdollisuuden vähentää mittausvirheitä ja lopulta todistaa, että tämä poikkeavuus on olemassa.
Ei ole vielä selvää, onko se syntynyt pimeän aineen rappeutumisen tai joidenkin vähemmän eksoottisten prosessien seurauksena. Fyysikot toivovat, että erittäin korkeaenergisten säteiden havaitseminen, joiden energiat ylittävät 10 TeV, auttaa meitä ymmärtämään, ovatko ne syntyneet pimeän aineen rapistumisen aikana vai ovatko ne pulsareiden tai supernoovan jäännösten aiheuttamia.