Гама-лъчите - най-ярката и мощна светлина във Вселената - плават по небето, невидими за човешките очи. Тези изключително енергийни изблици на радиация избухват от експлозии на свръхнови, искрят от сблъскващи се неутронни звезди и изтичат от най-гладните черни дупки.
Когато астрономите могат да ги хванат с телескопи с гама-лъчи, тези невидими фойерверки насочват към някои от най-експлозивните структури на Вселената. Сега международен екип от изследователи се надява, че тези всесилни лъчи също могат да доведат до нещо далеч по-странно и по-неуловимо - невидимата субстанция, известна като тъмна материя.
В ново проучване, прието за публикуване в списанието Physical Review Letters и подробно за базата данни за препринтиране arXiv, изследователите погледнаха това, което наричат „неразрешен фон на гама-лъчите“ - тоест, цялата слаба и загадъчна гама-лъч сигнали, които са останали след отчитане на известни източници като черни дупки и свръхнови. Когато екипът сравнява карта на неразрешени гама-лъчи с карта на плътността на материята в същия участък на Вселената, те откриват, че лъчите се подравняват точно с гравитационно масивни области, където тъмната материя се предвижда да се скрие.
Според съавтора на изследването Даниел Груен, тази корелация предполага, че тъмната материя може да бъде до голяма степен отговорна за слабия фона на гама-лъчите на Вселената. Ако това е така, това би могло да даде на астрономите жизненоважни улики за свойствата на мистериозната субстанция.
"Тъмната материя може да се разпадне като радиоактивно ядро, произвеждайки гама-лъчи, както казва", казва Ауро Грюйн, астрофизик от Националната лаборатория за ускорители на SLAC на Министерството на енергетиката в Станфордския университет в Калифорния. „Или може би множество частици от тъмна материя се сблъскват, произвеждайки гама-лъчи, докато взаимодействат.“
Пулсации в тъмното
Смята се, че тъмната материя съставлява около 85% от масата на Вселената, въпреки че изследователите все още не са положителни какво или къде е тя. Напълно невидими за съвременните научни инструменти, нещата никога не са били успешно открити.
"Ние обаче знаем някои свойства на тъмната материя", каза Груен. "Знаем, че това е много често и знаем, че има маса, която взаимодейства гравитационно с друга маса."
С други думи, въпреки че тъмната материя е невидима, тя прави видимо въздействие върху Вселената чрез мощната си гравитация. Едно от тези въздействия е известно като гравитационно лещиране - по същество как светлината от далечните галактики се изкривява от гравитацията на масивните обекти, които преминава по пътя си към Земята.
За новото изследване изследователите погледнаха карта на гравитационните лещи в определен участък от Вселената, съставена от проект, наречен Проучване на тъмната енергия (DES). Монтирана на гигантски телескоп в Чили, специализираната камера на проучването прекара една година, като щракаше изображения с висока разделителна способност на стотици милиони галактики, съсредоточени върху мястото, където далечната светлина е най-пропаднала от джобовете с интензивна гравитация. Докато някои от най-масовите региони на получената карта съответстват на известни галактики, други тежки джобове вероятно показват скритото влияние на тъмната материя по време на работа, заяви Груен.
За да разберат по-добре как би могло да изглежда това влияние, изследователите сравниха тази масова карта с карта на емисиите на гама-лъчи, открити в същия регион от гама-лъчите на телескопа Ферми на НАСА през последните девет години. Използвайки математически модел, екипът премахва всички радиации, които могат да бъдат окончателно обвързани с "светски" източници като черни дупки и свръхнови, въз основа на тяхната енергия, разстояние и различни други фактори.
Сега, останал само с мистериозните „нерешени“ източници на гама-лъчи, екипът сравнява и двете карти. Те видяха ясно припокриване между региони с високо гама-лъчение и региони с много маса.
"Това е първото проучване, където бяхме сигурни, че там, където има много гама лъчи, има и много тъмна материя", каза Груен.
Ако тъмната материя наистина излъчва гама лъчи, това би могло сериозно да стесни как е открито и от какво всъщност е направено. Въпреки това все още е възможно бледият фон на гама-лъчи на картата на Ферми да няма нищо общо с тъмната материя, каза Груен. Математическият модел, който изследователите използват за премахване на тези "светски" източници на емисии на гама-лъчи (като черни дупки), се основава на някои предположения за свойствата на тези обекти. Ако тези предположения са грешни, отдалечените черни дупки биха могли да са отговорни за много повече от мистериозния фон на гама-лъчите, отколкото изследователите.
"Може би този модел е непълен и може би всъщност научаваме нещо за тези черни дупки, излъчващи гама-лъчи", каза Груен. "Може би тези черни дупки живеят в по-масивни галактики, отколкото сме предполагали."
Повече данни за гама-лъчите и гравитационните лещи ще помогнат на екипа да усъвършенства своя модел и да интерпретира по-добре своите карти на Вселената. След заключението на проучването DES е събрал шест пъти повече информация за масовото разпределение на Вселената, а спътникът FERMI остава един от много телескопи, проследяващи експлозиите на гама-лъчи. Следващо проучване, показващо още по-ясни резултати, трябва да последва през следващите няколко години, заяви Груен.
