Pierwsze obserwacje chińskiego obserwatorium orbitalnego DAMPE, zaprojektowanego do poszukiwania ciemnej materii, przemawiają za tym, że ciemna materia może faktycznie rozpadać się w pobliżu orbity Ziemi oraz w centrum Galaktyki, mówią naukowcy w artykule w czasopiśmie Nature.
„To„ odcięcie”w widmie promieni kosmicznych, które odkryliśmy, może wskazywać na istnienie ciemnej materii. Z drugiej strony mógł pochodzić z innego źródła tych cząstek. Aby odpowiedzieć na to pytanie, potrzeba więcej danych i nadal oczekujemy, że DAMPE będzie działać przez co najmniej kolejne 5 lat”- powiedział Chang Jin z obserwatorium Zijinshan w Nanjing w Chinach.
Ciemne niebo
Naukowcy przez długi czas wierzyli, że Wszechświat składa się z materii, którą widzimy i która stanowi podstawę wszystkich gwiazd, czarnych dziur, mgławic, gromad pyłu i planet. Jednak pierwsze obserwacje prędkości gwiazd w pobliskich galaktykach pokazały, że gwiazdy na ich obrzeżach poruszają się w nich z niewiarygodnie dużą prędkością, która była około 10 razy większa niż pokazały obliczenia oparte na masach wszystkich gwiazd w nich.
Przyczyną tego, zdaniem dzisiejszych naukowców, była tak zwana ciemna materia - tajemnicza substancja, która stanowi około 75% masy materii we Wszechświecie. Zwykle każda galaktyka ma około 8–10 razy więcej ciemnej materii niż jej widzialny kuzyn, a ta ciemna materia utrzymuje gwiazdy na miejscu i zapobiega ich rozpraszaniu.
Dziś prawie wszyscy naukowcy są przekonani o istnieniu ciemnej materii, ale jej właściwości, oprócz oczywistego wpływu grawitacji na galaktyki i gromady galaktyk, pozostają tajemnicą i przedmiotem kontrowersji wśród astrofizyków i kosmologów. Naukowcy przez długi czas przypuszczali, że składa się on z superciężkich i „zimnych” cząstek - „mięczaków”, które nie manifestują się w żaden sposób, poza przyciąganiem widocznych skupisk materii.
Pierwsze potencjalne ślady ciemnej materii zostały znalezione w 2008 roku przez rosyjskiego satelitę Resurs-DK1, którego detektor PAMELA wykrył ślady niezwykle dużej liczby cząstek antymaterii na orbicie Ziemi, które, jak sugerują naukowcy, mogły powstać w wyniku rozpadu tej tajemniczej substancji.
Film promocyjny:
Później dane te zostały potwierdzone przez detektor AMS-02 na pokładzie ISS, jednak wielu astrofizyków nie zgadza się z tym pomysłem i uważa, że w rzeczywistości ta antymateria jest mniej egzotycznego pochodzenia - mogła zostać wygenerowana przez pulsary lub inne odległe źródła promieni kosmicznych o wysokich energie.
W tym roku teoria „pulsara” została zakwestionowana po publikacji danych zebranych przez wysokogórski teleskop HAWC, który obserwuje Wszechświat w zakresie gamma. To ożywiło zainteresowanie fizyków „egzotycznymi” wyjaśnieniami tej dziwnej anomalii na orbicie Ziemi.
Zagadki kosmologiczne
Kosmiczny Teleskop DAMPE, wystrzelony przez Chiny na orbitę Ziemi w grudniu 2015 r., Z drugiej strony przetestował te założenia, obserwując ultra-wysokoenergetyczne promienie kosmiczne nieznanego pochodzenia, pochodzące z centrum naszej Galaktyki i innych gromad gwiazd.
Według niektórych kosmologów promieniowanie to może również powstać w wyniku rozpadów ciemnej materii w miejscach, w których gromadzi się ona szczególnie dużo. Jeśli tak jest, to promienie kosmiczne emanujące ze środka Galaktyki będą miały specjalne widmo energetyczne - liczba cząstek będzie początkowo zmieniać się stosunkowo wolno wraz ze wzrostem energii, ale po osiągnięciu pewnego punktu gwałtownie spadnie.
Pierwsze ślady istnienia tego "urwiska", jak zauważył Jin, zostały znalezione podczas obserwacji na AMS-02, ale ten detektor nie mógł śledzić ultra-wysokoenergetycznych cząstek, które DAMPE "widzi", a dane z naziemnych teleskopów nie były wystarczające dokładne, aby powiedzieć na pewno.
Według chińskich fizyków dane zebrane przez DAMPE podczas pierwszego cyklu jej działania od grudnia 2015 do czerwca 2017 roku są pierwszym wyraźnym dowodem na to, że ten „klif” naprawdę istnieje i znajduje się dokładnie tam, gdzie powinien, zgodnie z z przewidywaniami teorii.
Jin i jego koledzy mają nadzieję, że w ciągu najbliższych pięciu lat DAMPE zgromadzi dane o kolejnych 10 miliardach promieni kosmicznych, co pozwoli naukowcom zmniejszyć błędy pomiarowe i ostatecznie udowodnić, że ta anomalia istnieje.
Nie jest jeszcze jasne, czy powstał w wyniku rozpadu ciemnej materii, czy też mniej egzotycznych procesów. Fizycy mają nadzieję, że obserwacja wiązek ultrawysokich energii, których energia przekracza 10 TeV, pomoże nam zrozumieć, czy powstały w wyniku rozpadu ciemnej materii, czy też zostały wygenerowane przez pulsary lub pozostałości po supernowych.