Astronaujiena trumpai. Tamsiosios materijos signalas?

Kažkaip taip išeina, kad astronaujienose dažnai rašau ką nors apie tamsiąją materiją. Tai atrastas koks nors jos signalas, tai kažkas sakosi paneigęs jos egzistavimą, ir panašiai. Manau, kad taip yra ne dėl to, jog man pačiam tamsioji materija rūpėtų žymiai labiau už kitas astrofizikos sritis, tiesiog tai yra viena iš temų, kurią mėgsta žiniasklaida. Nes tai atrodo labai paslaptinga, labiau už kitus kosminius įvykius. Tai dažniau ir pamatau tokias naujienas, o tada bandau jomis pasidalinti. Dabar parašysiu apie vieną tokią, tiesa, paskelbta apie ją buvo dar šių metų pradžioje, bet tik dabar straipsnis išspausdintas žurnale.

Naujiena yra tokia, kad Andromedos galaktikoje ir Persėjo galaktikų spiečiuje, o vėliau ir mūsų Galaktikos centre, aptiktas keistas signalas, kurį galimai skleidžia tamsiosios materijos dalelės, anihiliuodamos tarpusavyje. Kaip toks signalas atsiranda, tuojau pabandysiu trumpai paaiškinti. Jei norite paaiškinimo filmuko forma ir paskaityti anglišką tekstą, žiūrėkite čia.

Centrinė Persėjaus spiečiaus dalis. Rentgeno, radijo ir optinių vaizdų koliažas. ©Chandra, NASA, Andy Fabian ir kt.

Kiekviena normali (ne tamsioji) medžiaga skleidžia ir sugeria elektromagnetinę spinduliuotę; cheminių elementų ir junginių spinduliuotė (arba sugertis) yra žymiai intensyvesnė ties tam tikrais bangos ilgiais; šie suintensyvėjimai yra vadinami spektrinėmis linijomis, o visa spinduliuotė – spektru. Spektrą galima išmatuoti, o iš jo nustatyti, kokia medžiaga ar medžiagų mišinys jį skleidžia. Daugumos elementų spektrinės linijos yra ultravioletinių ir mažesnės energijos (ilgesnių) bangų ruože, rentgeno ir gama ruožuose spektrinių linijų yra nedaug. Būtent rentgeno spindulių ruože ir aptiktas keistasis signalas – spektrinė linija, kurios neįmanoma priskirti jokiam žinomam elementui ar junginiui. Linijos energija yra 3,5 keV, tai yra kiloelektronvolto. Šitas dalykas yra toks energijos matavimo vienetas, naudojamas kvantinėje fizikoje ir mėgstamas energingą spinduliuotę tyrinėjančių astronomų, o lygus jis vieno kilovolto įtampai, padaugintai iš elektrono krūvio (iš čia ir pavadinimas). Tai va, aptikus tokią liniją buvo susidomėta, kaip čia taip galėtų būti.

Vienas iš galimų paaiškinimų yra tamsiosios materijos dalelių anihiliacijos signalas. Toks signalas yra irgi tarsi spektrinė linija, tik kylanti jau ne iš konkretaus elemento savybių, o iš jo išnykimo. Panašus stiprus signalas, stebimas daugelyje didelės energijos astrofizikinių sistemų (pavyzdžiui, supernovų liekanose ar galaktikų centruose), yra elektronų-pozitronų anihiliacijos linija. Elektronai ir jo antidalelė pozitronas susidūrę vienas kitą sunaikina, o jų rimties masės energija (garsioji formulė $$E = mc^2$$) virsta dviem gama spinduliais, kurių kiekvieno energija lygi 511 keV (būtent tokia yra elektrono ar pozitrono rimties masės energija). Jei tokių anihiliacijų vyksta daug, atsiranda reikšmingas tokios energijos gama spindulių pagausėjimas – spektrinė linija. Šiuo atveju manoma, kad spinduliuotę sukelia ne dvi, o viena dalelė, skylanti į du rentgeno fotonus; tokios dalelės rimties masės energija būtų 7 keV.

Tokią hipotezę patvirtina ne tik faktas, kad šitos spektrinės linijos neįmanoma identifikuoti kitaip (vien šitas faktas nieko nepatvirtintų, tai būtų tas pats, kas teigti, jog Veneroje gyvena dinozaurai). Šita keista spinduliuotė yra stipresnė arčiau galaktikų centrų, nei jų pakraščiuose – tai visiškai atitinka numanomą tamsiosios materijos pasiskirstymą. Taip pat ji stipresnė Persėjo spiečiuje, nei Andromedoje – tamsiosios materijos galaktikų spiečiuose yra gerokai daugiau, nei pavienėse galaktikose. Tarpgalaktinėje erdvėje ji neaptikta – ten tamsiosios materijos tankis turėtų būti nykstamai mažas. Taigi šie, morfologiniai (išsidėstymo erdvėje), duomenys leidžia žymiai tvirčiau teigti, kad signalas gali būti tikrai tamsiosios materijos padarinys.

Apie šį atradimą mokslininkai paskelbė straipsnyje, kuris, kaip minėjau, dabar jau išspausdintas žurnale. Bet nespėjo jis būti išspausdintas, kai atsirado kitų tyrėjų, kurie paanalizavo šiuos rezultatus ir panašius stebėjimus detaliau. Pavyzdžiui, ištyrus mūsų Galaktikos centrą* ir tą patį Persėjo spiečių, buvo nustatyta, kad 3,5 keV spektrinė linija egzistuoja, tačiau jos morfologija iš tikro neatitinka tikėtino tamsiosios medžiagos pasiskirstymo, o Paukščių Take morfologija netgi atitinka kitų, žinomų linijų pasiskirstymą, taigi tai vis dėlto gali būti kokia nors neįprasta, galbūt retai pasitaikančio junginio, linija. Kitame tyrime ieškota šitos linijos dar trijuose didžiuliuose spiečiuose – Mergelės, Gyvatnešio ir Garbanų, – ir paaiškėjo, kad ten tos linijos nėra. Taigi atrodo, kad tamsioji materija kol kas lieka neatrasta.

Beje, vasarą rašiau apie panašų kitą tyrimą, kuriame buvo atrastas gama spindulių perteklius Galaktikos centre. Jis taip pat iš pradžių buvo priskirtas tamsiosios materijos anihiliacijai, bet vėliau paaiškėjo, kad galimų paaiškinimų tokiai spinduliuotei yra daug paprastesnių. Tokia, beje, yra mokslo kasdienybė – dažnai būna, kad atrodo, jog atrasta kažkas labai įspūdingo ir netikėto, o vėliau tai paaiškinama žymiai paprasčiau. Tuo tarpu didieji atradimai dažnai būna pasislėpę ir į dienos šviesą iškyla tik po ilgo ir kruopštaus tikrinimo.

Laiqualasse

* – jei kam įdomu: kartais rašau „Galaktikos centras“, kartais „centrinė dalis“. Dar kartais galiu parašyti „centrinis telkinys“. Tai yra skirtingi dalykai. „Galaktikos centru“ vadinamas ne didesnis nei ~200 parsekų skersmens regionas aplink Galaktikos centrą, bet priklausomai nuo konteksto, regionas gali būti netgi žymiai mažesnis (keleto parsekų ar mažesnis už parseką; ta sritis dar kartais įvardijama kaip „centrinis parsekas“). „Centrinė dalis“ yra neapibrėžtas regionas. „Centrinis telkinys“ arba baldžas (angl. bulge) yra daugumos diskinių galaktikų struktūros dalis, maždaug kiloparseko spindulio elipsoidas galaktikos centre. Mūsų Galaktikai šie skirtumai svarbūs, nes Galaktikos centras yra daugelio tyrimų objektas, kitose galaktikose atskirai centro regionai tyrinėjami mažiau, tad ir terminologijos skirtumai ne tokie ryškūs.

2 comments

  1. Labai keista, kai straipsnis (sakyčiau, gana svarbus), įteiktas metų pradžioje, publikuojamas tik dabar. Ir beveik tuo pat metu pasirodo „alternatyva“. Ar tik nebus antro darbo autoriai susiję su pirmojo recenzavimu?

    1. Publikavimas visada užtrunka bent keletą mėnesių nuo priėmimo. Recenzavimas irgi užtrunka. Taip, beveik metai – ilgokas laiko tarpas, bet įmanomas. Kokių nors paslėptų srovių irgi gali būti, bet vėlgi – negarantuotai. Beje, alternatyvūs aiškinimai yra du, ir jų autoriai visiškai skirtingi, kas irgi sumažina kažkokių sąmokslų tikimybę :)

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *