Gama zrake - najsjajnija, najmoćnija svjetlost u svemiru - plove nebom nevidljivo ljudskim očima. Ovi iznimno energični eksplozije zračenja blještaju od eksplozija supernove, iskraju sudarajuće neutronske zvijezde i izviru iz najgorih crnih rupa.
Kad ih astronomi mogu uhvatiti pomoću teleskopa gama zraka, ovi nevidljivi vatromet usmjeren je prema nekim od najeksplozivnijih svemira. Sada, međunarodni tim istraživača nada se da bi te svemoćne zrake mogle dovesti i do nečeg daleko nepoznatijeg i neuhvatljivijeg - nevidljive tvari poznate kao tamna materija.
U novoj studiji prihvaćenoj za objavljivanje u časopisu Physical Review Letters, a detaljno o bazi pretprinta arXiv, istraživači su pogledali kako je nazivaju "neriješenom pozadinom gama zraka" - to jest svu blijedu i tajanstvenu gama-zraku signali koji su zaostali nakon što se vode računi poznatih izvora poput crnih rupa i supernova. Kad je tim usporedio kartu nerazriješenih gama-zraka sa zemljovidom gustoće materije u istom dijelu svemira, otkrili su da se zrake točno poravnavaju s gravitacijski masivnim područjima gdje se predviđa da se tamna tvar skrije.
Prema suavtoru studije Daniel Gruen, ova korelacija sugerira da je tamna tvar u velikoj mjeri odgovorna za slabu gama-pozadinu svemira. Ako je to slučaj, to bi moglo dati astronomima neke vitalne tragove o svojstvima tajanstvene tvari.
"Tamna materija mogla bi propadati poput radioaktivnog jezgra, proizvodeći gama zrake,", rekao je Gruen, astrofizičar iz Nacionalne laboratorije za ubrzavanje SLAC-a Ministarstva energetike na Sveučilištu Stanford u Kaliforniji. "Ili se možda čestice tamne materije sudaraju, proizvodeći gama zrake dok međusobno djeluju."
Vreće u mraku
Smatra se da tamna tvar čini oko 85% mase svemira, iako istraživači još uvijek nisu sigurni što je i gdje to jest. Potpuno nevidljiv modernim znanstvenim instrumentima, stvari nikada nisu uspješno otkrivene.
"Znamo, međutim, neka svojstva tamne materije", rekao je Gruen. "Znamo da je to vrlo uobičajeno i znamo da ima masu koja gravitacijski djeluje gravitacijski s drugom masom."
Drugim riječima, iako je tamna tvar nevidljiva, ona čini snažan utjecaj na svemir svojom snažnom gravitacijom. Jedan od tih utjecaja poznat je kao gravitacijsko sočivo - u biti kako se svjetlost iz udaljenih galaksija iskrivljava gravitacijom ogromnih objekata koje prolazi na putu prema Zemlji.
Za novo istraživanje, istraživači su pogledali kartu gravitacijskog leća u određenom komadu svemira, sastavljenu projektom nazvanim Istraživanje tamne energije (DES). Montirana na džinovskom teleskopu u Čileu, namjenska kamera ankete provela je godinu dana snimajući slike visoke razlučivosti stotine milijuna galaksija usredotočujući se na to gdje je daleka svjetlost najviše pogrešna zbog džepova intenzivne gravitacije. Dok neke najmasovnije regije na rezultirajućoj karti odgovaraju poznatim galaksijama, drugi jaki džepovi vjerojatno pokazuju skriveni utjecaj tamne materije na djelu, rekao je Gruen.
Da bi bolje razumjeli kako bi takav utjecaj mogao izgledati, istraživači su usporedili ovu mapu masa s zemljovidom emisija gama zraka koje je u istoj regiji otkrio NASA-ov teleskopski gama-zrakoplov Fermi u posljednjih devet godina. Pomoću matematičkog modela tim je uklonio svu radijaciju koja bi se mogla definitivno povezati s "svjetovnim" izvorima poput crnih rupa i supernova, na temelju njihovog učinka energije, udaljenosti i raznih drugih faktora.
Sada, ostavljeni samo s misterioznim "neriješenim" izvorima gama zraka, tim je usporedio obje karte. Vidjeli su jasno preklapanje između regija visokog gama zračenja i regija s velikom masom.
"Ovo je prva studija u kojoj smo bili sigurni da, gdje ima puno gama zraka, postoji i mnogo tamne materije", rekao je Gruen.
Ako tamna tvar zaista emitira gama zrake, to bi moglo ozbiljno suziti način na koji je otkrivena i od čega je zapravo napravljena. Međutim, još uvijek je moguće da slabašna pozadina gama zraka na Fermijevoj karti nema nikakve veze s tamnom materijom, rekao je Gruen. Matematički model koji su istraživači iskoristili da uklone one "svakodnevne" izvore emisije gama zraka (poput crnih rupa) temelji se na nekim pretpostavkama o svojstvima tih predmeta. Ako su te pretpostavke pogrešne, udaljene crne rupe mogle bi biti odgovorne za mnogo više tajanstvene pozadine gama zraka nego što su to činili istraživači.
"Možda je taj model nepotpun, a možda zapravo učimo nešto o tim crnim rupama koje emitiraju gama zrake", rekao je Gruen. "Možda ove crne rupe žive u masivnijim galaksijama nego što smo mislili."
Više podataka o gama zracima i gravitacijskim lećama pomoći će timu da poboljša svoj model i bolje protumači njihove karte svemira. Otkad je studija zaključena, DES je prikupio šest puta više informacija o raspodjeli mase u svemiru, a satelit FERMI ostaje jedan od mnogih teleskopa koji prate eksplozije gama zraka. Sljedeća studija koja pokazuje još jasnije rezultate trebala bi uslijediti u narednih nekoliko godina, rekao je Gruen.
