Fermin avaruusteleskoopin joukkue on löytänyt taivaalta tummat galaksit, joissa ei ole tähtiä, mutta tumma aine palaa. Löytäjät eivät vielä usko löytöihin, ja niiden tuloksia on mahdotonta todentaa itsenäisesti - tutkijat eivät paljasta missä ehdokkaat ovat
Kahden kulttuurin - "fyysikkojen ja sanoittajien" - konfliktin lisäksi, jonka britti Charles Snow toi liikkeelle tarkalleen 50 vuotta sitten, vuosisatojen ajan on ollut pieni konflikti, joka koskee yksinomaan "fyysikkoja". Kyseessä on ristiriita teorian ja kokeilun välillä, jossa ensin mainitut pelaavat yleensä huolimattomien liberaalien ja jälkimmäisten vastuullisina konservatiivina.
Parin viime vuoden aikana astrofysiikassa tämä konflikti ei ole missään vaiheessa ilmennyt niin selvästi kuin tumman aineen hiukkasten historiassa, joiden muuttuminen aineeksi, johon olemme tottuneet, jotkut tutkijat näkevät, kun taas toiset eivät. Molemmat uskomukset perustuvat samoihin tietoihin.
Paparazzi ja PAMELA
Rapistuminen ja tuhoaminen
Rapistumista kutsutaan hiukkasten spontaaniksi rappeutumiseksi, kuten uraanin ytimen tai neutronin, joka poistuu ydinytimestä, rappeutumiseksi. Tuhoaminen on hiukkasten keskinäinen tuhoaminen, kun ne tapaavat toisiaan, esimerkiksi elektronin ja positronin, ja yleensä aineen ja antimaterian tuhoaminen.
Rapistumisnopeus riippuu vain epästabiilien hiukkasten lukumäärästä, ja tuhoutussignaali määrää hiukkasten törmäysten taajuudet toistensa kanssa. Siksi rappeutumisnopeus on verrannollinen tiheyteen ja tuhoamisnopeus on verrannollinen tämän määrän neliöön. Näin tähtitieteilijät toivovat erottavan tuhoutumisen ja hajoamisen havaintotiedoissa.
Suurin intohimon jännitys saavutettiin vuoden 2008 puolivälissä, kun kansainvälinen tieteellinen kokeilu PAMELA venäläisen satelliitin "Resurs-DK" kyytiin löysi auringon läheisyydessä ylimääräisen määrän korkeaenergisia positroneja. Ne olisivat voineet syntyä eksoottisten hiukkasten, joiden oletetaan muodostavan pimeästä aineesta, spontaanin rappeutumisen tai keskinäisen tuhoamisen aikana.
Tietenkin, muutkin selitykset ovat mahdollisia, mutta näkymä "nähdä" näkymätöntä ainetta oli niin houkutteleva, että julkistamattoman PAMELA-tiedon saamiseksi, josta huhut levisivät astrofysiikkaympäristössä, monet nuoret teoreetikot lähtivät kaikki ulos. Jotkut jopa valokuvasi julkaisemattomia PAMELA-karttoja matkapuhelimissa projektin osallistujien raporttien aikana konferensseissa ja näiden tietojen perusteella kirjoittivat teoreettisia artikkeleita. Tällaisia rohkeita sieluja, jotka rikkovat tiedeyhteisön kirjoittamattomia eettisiä sääntöjä, on jopa kutsuttu lempinimeksi "tieteelliset paparatsit".
Seurauksena oli, että PAMELA-tiedot julkaistiin virallisesti, mutta niillä ei vieläkään ole yksiselitteistä tulkintaa. Joku ajattelee, että nämä ovat pimeiden hiukkasten jälkiä, joku syyttää auringon läheisyydessä olevia neutronitähtiä niiden ilmeestä, joku yleensä uskoo, että puhumme havaitsemattomista systemaattisista virheistä PAMELA-laitteen toiminnassa.
Sumu, sumu
Monet toivoivat, että tilanne selkiytyy käynnistämällä Fermi-avaruus observatorio, joka havaitsee erittäin korkeiden energioiden fotonit. Niitä voidaan hyvin tuottaa tavallisen valon vuorovaikutuksessa korkeaenergisesti varautuneiden hiukkasten kanssa (tämä on ns. Compton-takaisinsironta). Ja näin tutkijat toivoivat selvittää tilanteen PAMELA-tiedoilla.
WMAP Haze WMAP
löysi galaktisen keskuksen ylimääräisen mikroaaltosäteilyn - ns. "WMAP haze", joka säilyy tiedoissa vähentämällä niistä kaikki tunnetut mikroaaltolähteet. Yksi todennäköisimmistä selityksistä sille on tähtienvälisten magneettikenttien induktiolinjalle kääntyvien energisten elektronien synkrotronisäteily. Täsmälleen samoilla elektronilla, käänteisen Compton-vaikutuksen avulla, voidaan tuottaa korkeaenergisia fotoneja, jotka Fermi näkee.
Jos pimeän aineen hiukkasista todella tulee energisten positronien ja elektronien lähde, silloin niiden tulisi syntyä useammin tarkalleen missä tummaa ainetta on enemmän. Nykyaikaisten konseptien mukaan tällaisia paikkoja pidetään galaksien keskuksina. Joten tähtitieteilijät odottivat innolla Fermin matkaa kohti oman Linnunradan sydäntä. Lisäksi tähtitieteilijät saivat vihjeen useista elektroneista täällä useita vuosia sitten WMAP-avaruusaluksesta.
Mainosvideo:
Fermi lähti kiertoradalle kesäkuussa 2008 ja aloitti tieteellisen tiedon keräämisen muutamaa kuukautta myöhemmin. Ryhmän sääntöjen mukaan kaukoputken tiedot ilmestyvät julkiseen tilaan vasta vuoden kuluttua niiden vastaanottamisesta - jotta "heidän" teoreetikot pystyisivät luomaan päätieteellisen kerman heiltä. Vuosi oli loppumassa alkusyksystä, mutta yksi ryhmä teoreetikoita ei odottanut, ja melkein toisti tarinan "tieteellisillä paparazzilla". Heinäkuussa ilmestyneen artikkelin mukaan Fermi näkee ylimääräisen säteilyn kohti galaktista keskustaa. Lisäksi alustava analyysi osoitti, että tämä säteily voidaan tuottaa täsmälleen samoille hiukkasille, jotka PAMELA-projekti pyysi.
Kun Fermin tiedot kuitenkin julkaistiin, tutkijat toistivat analyysinsa ja vakuuttivat itsevarmemmin: "WMAP-sameuden" lisäksi on myös "Fermi-sameus", johon pimeän aineen rappeutumisen tai tuhoamisen teoria sopii hyvin. Tätä Harvardin astrofysiikan keskuksen Gregory Doblerin johtamaa työtä ei enää häpeä viitata edes vakaviin tutkijoihin, vaikkakin sen tulokset eivät poikkea liian paljon saman ryhmän aiemman työn päätelmistä.
Mister Ei
On kuitenkin yksi tärkeä varoitus. Vaikka galaktisen keskuksen alueella on suuri joukko korkean energian elektroneja ja positroneja (ja siitä on yhä vähemmän epäilyjä), niiden alkuperä tumma-ainehiukkasista on vielä todistettava. Periaatteessa heillä voi olla muita lähteitä - esimerkiksi supernova räjähdysten aiheuttamat iskuaallot tai kaikki samat neutronitähdet, jotka jäävät tällaisten räjähdysten kohdalle. Galaksian keskipisteen tulisi olla täynnä molempia - yksinkertaisesti siksi, että tähtiä on niin paljon, joista osa ennemmin tai myöhemmin räjähtää. Ja vaikka vaihtoehtoisten mallien tulisi olla melko”kauashakuisia”, monille se on silti hyväksyttävämpi selitys kuin jonkinlainen pimeä aine.
"Dobler ja yritys ovat astuneet ohuelle jäälle", varoitti Elliot Bloom, yksi harvoista Fermi-koeryhmän puhtaista teoreetikoista, heidän artikkelinsa julkaisemisen jälkeen. Sydämessään tämän henkilön on todennäköisesti kamppaileva itsensä kanssa - teoreetikosta, joka omistautti puolet elämästään mahdollisuuksille epäsuoran selityksen pimeän aineen luonteesta, hänestä tuli äskettäin Fermi-yhteistyön "herra No". Juuri hänen on usein kommentoitava Doblerin artikkelin kaltaisia teoksia ja vakuutettava kollegoja ja toimittajia siitä, että "alkuvaiheen" päätelmät ovat ainakin ennenaikaisia.
Ironista kyllä, Bloomin teos (pdf-tiedosto), joka esitettiin yhteistyön puolesta julisteena Fermi 2009 -symposiumissa Washingtonissa, saattaa alkaa uuden jakson tarinan tumman aineen havainnollisesta havaitsemisesta. Tämän työn tulokset kiinnittivät huomiota kuuluisaan fyysisten huhujen lempialueeseen - Resonaances-blogiin, jota ylläpitää puolalainen fyysikko Adam Falkowski American Rutgers Universitystä.
Tummat galaksit
Alustarakenneongelma
Ennustetun teorian ja kääpiösatelliittien todellisen määrän välistä eroa Linnunradan ja muiden galaksien välillä kutsutaan alirakenneongelmaksi. Sen vakioratkaisu on, että ympärillämme on kääpiögalakseja, mutta tähtiä ei muodostu niistä.
Viimeaikaiset todisteet viittaavat siihen, että tällainen selitys voi todellakin toimia: galaksin meidän äskettäin löydetyistä satelliiteista pienin koostuu vain muutamasta sadasta tähdestä. Mutta niiden massa (se voidaan arvioida tähtien liikkeellä) on paljon suurempi. Suurimman osan siitä oletetaan olevan pimeässä aineessa.
Kukinta perustellusti perustellusti: Jotta vaihtoehto voidaan sulkea pois elektronien kiihtyvyydellä iskuaalloilla, on katsottava, missä supernoovat eivät räjähtää. Ihannetapauksessa - missä tähtiä ei ole ollenkaan, ja tumman aineen pitäisi olla. Teorian mukaan tällaisten tähttömien pimeiden aineiden halogeenien pitäisi todellakin ympäröitä galaksiamme - teoria ennustaa kymmenen tai kaksi kertaa enemmän kääpiögalakseja kuin todellisuudessa havaitaan.
Bloomin ja hänen kollegansa Pin Wanin oli löydettävä se, mitä tähdet eivät valaise, koko Fermi-tietoarkiston läpi etsiessään laajennettuja esineitä, joiden gammasäteily vastaa tumman aineen hiukkasten rappeutumisen tai tuhoamisen mallia. Lisäksi tällaisten esineiden ei tulisi olla samoja tunnettujen lähteiden kanssa, ja niistä tulevien fotonien vuon ei pitäisi muuttua ajan myötä.
Bloom ja Wang löysivät 54 laajennettua lähdettä, jotka erottuivat vähintään neljä standardipoikkeamaa taustan yläpuolelle. Tutkittuaan jokaisen niistä peräkkäin, tutkijat hylkäsivät 50 potentiaalista "tähdetöntä galaksia", koska ne eivät täyttäneet valittuja kriteerejä. Ehdot on täytetty neljä. Taustan yläpuolella ne kaikki erottuvat edes neljällä, mutta vähintään viidellä keskihajonnalla.
Siitä huolimatta, Bloom lahjoitti "Mr. No" -naamion uudelleen ja päätteli, ettei Fermin tietoissa ollut havaittu uusia tummia kääpiöitä kymmenen ensimmäisen kuukauden aikana. Tärkein väite, jonka tutkija on esittänyt, on näiden lähteiden spektrien ja ristiriitaisuus valittujen teoreettisten mallien välillä pimeän aineen rappeutumisen suhteen.
Hienovarainen kysymys
Mutta tämä on naurettavaa, Falkovsky uskoo, - anna normaalille teoreetikolle melkein minkä tahansa käsissään olevan spektrin, ja hän keksii sinulle 15 minuutissa mallin, joka kuvaa tätä taajuutta. Noin 15 minuuttia on tietenkin taiteellinen liioittelu, mutta rappeutumisen ja tuhoamisen mallit tarjoavat toistaiseksi todella laajan tilan teoreettiselle liikkumiselle.
Ehkä siksi Bloom ei anna spektriä. Hän ei anna työssään ehdokkaiden koordinaatteja tai muita tietoja heistä.
Kaikki tämä on erittäin kiehtovaa, uskoo Falkovsky. Bloom ei sano, että tummia galakseja ei ole, vaan hän vain väittää, että "niitä ei löydy Fermin tiedoista kymmenen ensimmäisen kuukauden aikana". Kukaan ei tiedä, mitä seuraavien vuosien tietoille tapahtuu. Selvää on, että Bloomilla, Fermi-yhteistyön jäsenenä, on pääsy niihin ennen kukaan muu.