Nowy rodzaj ciemnej materii może odpowiadać za tajemnicze zjawisko w centrum Drogi Mlecznej

Jak twierdzą astronomowie, za zagadkowe zjawisko w centrum naszej galaktyki, Drogi Mlecznej, może odpowiadać nowy rodzaj ciemnej materii, znacznie lżejszy niż przewidują obecne modele.

Ciemna materia, to tajemnicza forma nieobserwowanej materii, która może stanowić nawet 85 proc. masy znanego Wszechświata, jednak nie została nigdy uchwycona i stanowi jedną z największych zagadek nauki. W nowym badaniu, naukowcy z King’s College London, zbliżyli się do zrozumienia czym może być ta niezwykła substancja. Astronomowie uważają, że nowy „kandydat” na ciemną materię może stać za niewyjaśnionymi reakcjami chemicznymi zachodzącymi w centrum Drogi Mlecznej.

„W centrum naszej galaktyki znajdują się ogromne chmury dodatnio naładowanego wodoru, co od dziesięcioleci zastanawia naukowców, ponieważ normalnie gaz ten jest neutralny. Co więc zapewnia wystarczającą ilość energii, aby wybić z nich ujemnie naładowane elektrony? Sygnatury energetyczne promieniujące z tej części naszej galaktyki sugerują, że istnieje stałe, źródło energii, które właśnie to robi, a nasze dane wskazują, że może ono zachodzić przez nowy rodzaj ciemnej materii – znacznie lżejszej jej formy, niż przewidują obecne modele” – mówi Shyam Balaji z King’s College London.

Najbardziej ugruntowaną teorią dotyczącą ciemnej materii jest to, że prawdopodobnie jest to grupa cząstek znanych jako słabo oddziałujące masywne cząstki (Weakly Interacting Massive Particles – WIMP), które przechodzą przez zwykłą materię bez większej interakcji, co czyni je niezwykle trudnymi do wykrycia. Jednak nowe badanie, opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters, potencjalnie wskazuje na inny rodzaj ciemnej materii o znacznie mniejszej masie niż WIMP-y.

Naukowcy uważają, że te małe cząstki ciemnej materii zderzają się ze sobą i wytwarzają nowe naładowane cząstki w procesie zwanym „anihilacją”. Te nowo wytworzone naładowane cząstki mogą następnie jonizować wodór w postaci gazu.

Wcześniejsze próby wyjaśnienia tego procesu jonizacji opierały się na promieniowaniu kosmicznym – szybkich i energetycznych cząstkach, które przemieszczają się we Wszechświecie. Zdaniem naukowców, wyjaśnienie to napotkało jednak pewne trudności, ponieważ sygnatury energetyczne zarejestrowane podczas obserwacji Centralnej Strefy Molekularnej (CMZ – region Drogi Mlecznej bogaty w gaz o masie około 60 milionów mas Słońca w kompleksie gigantycznych obłoków molekularnych), gdzie zachodzi ten proces, nie wydają się być wystarczająco duże, aby można je było przypisać promieniowaniu kosmicznemu. Taki proces nie wydaje się również możliwy w przypadku WIMP-ów.

Astronomom pozostało wyjaśnienie, że źródło energii powodujące „anihilację” jest wolniejsze niż promieniowanie kosmiczne i mniej masywne niż WIMP.

„Poszukiwanie ciemnej materii jest jednym z największych wyzwań nauki, ale wiele eksperymentów opiera się na Ziemi, a możemy nie być w stanie w pełni odtworzyć warunków fizycznych panujących w kosmosie. Wykorzystując gaz w CMZ do innego rodzaju obserwacji, możemy dotrzeć bezpośrednio do źródła. Dane mówią nam, że ciemna materia może być potencjalnie znacznie lżejsza, niż sądziliśmy. Zaglądając do centrum naszej Drogi Mlecznej, gaz wodorowy w CMZ sugeruje, że możemy być bliżej zidentyfikowania dowodów na możliwą jej naturę” – podkreśla Shyam Balaji.

Jednocześnie odkrycie to może wyjaśniać inne tajemnice naszej galaktyki, takie jak specyficzny rodzaj obserwacji rentgenowskiej znaleziony w jej centrum – znany jako „linia emisyjna 511-keV”. Ta specyficzna sygnatura energetyczna może być również spowodowana przez ten nowy rodzaj ciemnej materii o niskiej masie i generowaniem naładowanych cząstek.

Emil Gołoś