Echipa Telescopului Spațial Fermi a găsit galaxii întunecate pe cer, fără stele, dar cu materie întunecată mocnitoare. Descoperitorii nu cred încă în descoperire și este imposibil să își verifice în mod independent rezultatele - oamenii de știință nu dezvăluie unde se află candidații
Pe lângă conflictul mare dintre două culturi - „fizicieni și liriciști”, introduse în circulație de britanicul Charles Snow acum exact 50 de ani, timp de secole a existat și un mic conflict privind exclusiv „fizicienii”. Este o confruntare între teorie și experiment, în care primii joacă de obicei rolul liberalilor nechibzuitori și al doilea ca conservatori responsabili.
În ultimii doi ani în astrofizică, acest conflict nu s-a manifestat nicăieri atât de clar, precum în istoria particulelor de materie întunecată, a căror transformare în substanța cu care suntem obișnuiți, unii oameni de știință văd, în timp ce alții nu. Ambele credințe se bazează pe aceleași date.
Paparazzi și PAMELA
Decădere și anihilare
Decăderea se numește descompunerea spontană a particulelor, cum ar fi descompunerea unui nucleu de uraniu sau a unui neutron care lasă orice nucleu atomic. Annihilarea este distrugerea reciprocă a particulelor atunci când se întâlnesc, de exemplu, anihilarea unui electron și a unui pozitron și, în general, a materiei și a antimateriei.
Rata de descompunere depinde doar de numărul de particule instabile, iar semnalul de anihilare determină frecvența coliziunilor de particule între ele. Prin urmare, rata de descompunere este proporțională cu densitatea, iar rata de anihilare este proporțională cu pătratul acestei cantități. Așa speră astronomii să distingă anihilarea și descompunerea datelor observaționale.
Cea mai mare tensiune de pasiune a ajuns la mijlocul anului 2008, când experimentul științific internațional PAMELA la bordul satelitului rus „Resurs-DK” a descoperit un exces de pozitroni cu energie mare în vecinătatea Soarelui. S-ar putea să se fi născut în timpul degradării spontane sau anihilării reciproce a particulelor exotice, care se presupune că alcătuiesc materia întunecată.
Desigur, alte explicații sunt posibile, dar perspectiva „a vedea” materia invizibilă a fost atât de atrăgătoare încât, pentru a obține date PAMELA nepublicate, zvonuri despre care circulau în mediul astrofizic, mulți tineri teoreticieni au ieșit. Unii chiar au fotografiat tablouri PAMELA nepublicate pe telefoanele mobile în timpul rapoartelor participanților la proiect la conferințe și pe baza acestor date au scris articole teoretice. Asemenea suflete curajoase, care încalcă regulile etice nescrise ale comunității științifice, au fost chiar poreclite „paparazzi științifici”.
Drept urmare, datele PAMELA au fost totuși publicate în mod oficial, dar nu au încă o interpretare fără ambiguitate. Cineva consideră că acestea sunt urme de particule întunecate, cineva blamează stelele de neutroni din vecinătatea Soarelui pentru apariția lor, cineva crede în general că vorbim despre erori sistematice neconturate în funcționarea echipamentului PAMELA.
Ceata, ceata
Mulți au sperat că situația va fi clarificată prin lansarea Observatorului Spațial Fermi, care detectează fotoni cu energii foarte mari. Ele pot fi foarte bine produse prin interacțiunea luminii obișnuite cu particulele încărcate cu energie mare (aceasta este așa-numita retragere Compton). Și așa au sperat oamenii de știință să clarifice situația cu datele PAMELA.
WMAP Haze WMAP a
găsit un exces de radiații cu microunde din centrul galactic - așa-numita „ceață WMAP”, care rămâne în date după scăderea tuturor surselor de microunde cunoscute. Una dintre cele mai probabile explicații este radiația de sincrotron a electronilor energetici care se înfășoară pe linia de inducție a câmpurilor magnetice interstelare. Exact pe aceiași electroni, cu ajutorul efectului Compton invers, pot fi produși fotoni cu energie mare, pe care Fermi este capabil să o vadă.
Dacă particulele de materie întunecată devin într-adevăr sursa de pozitroni și electroni energetici, atunci acestea ar trebui să se nască mai des exact acolo unde există mai multă materie întunecată. Conform conceptelor moderne, astfel de locuri sunt considerate a fi centrele galaxiilor. Așadar, astronomii așteptau cu nerăbdare să-l vadă pe Fermi îndreptându-se spre inima propriei noastre Calea Lactee. Mai mult, astronomi au primit un indiciu al unui număr mare de electroni aici în urmă cu câțiva ani de la nava spațială WMAP.
Video promotional:
Fermi a intrat pe orbită în iunie 2008 și a început să colecteze date științifice câteva luni mai târziu. Conform regulilor grupului, datele de la telescop apar în spațiul public doar un an după ce au fost primite - pentru a permite teoreticienilor „săi” să scoată crema principală științifică de la ei. Anul se termina la începutul toamnei, dar un grup de teoreticieni nu a așteptat și aproape a repetat povestea cu „paparazzi științifici”. Potrivit unui articol apărut în iulie, Fermi observă un exces de radiații spre centrul galactic. Mai mult, analiza preliminară a arătat că această radiație poate fi generată pe aceleași particule pe care le-a prins proiectul PAMELA.
Când datele lui Fermi au fost totuși publicate, oamenii de știință și-au repetat analiza și au afirmat mai încrezător: în plus față de „ceața WMAP” există și o „ceață Fermi”, în care se potrivește bine teoria decăderii sau anihilării materiei întunecate. Această lucrare, condusă de Gregory Dobler de la Centrul Harvard pentru Astrofizică, nu-i mai este rușine să se refere nici la oameni de știință serioși, deși rezultatele sale nu sunt prea diferite de concluziile din lucrările anterioare ale aceluiași grup.
Mister Nu
Există, totuși, o atenționare importantă. Chiar dacă există un număr mare de electroni și pozitroni cu energie mare, există în regiunea centrului galactic (și există tot mai puține îndoieli în acest sens), atunci încă trebuie dovedită originea lor din particule de materie întunecată. În principiu, acestea pot avea alte surse - de exemplu, undele de șoc provenite de la explozii de supernove sau toate aceleași stele de neutroni care rămân la locul acestor explozii. Centrul galaxiei ar trebui să fie înrădăcinat ambelor - pur și simplu pentru că există atât de multe stele, dintre care unele mai devreme sau mai târziu explodează. Chiar dacă modelele alternative ar trebui să fie destul de „îndepărtate”, pentru mulți, este încă o explicație mai acceptabilă decât un fel de materie întunecată.
„Dobler și compania au pășit pe gheață subțire”, a avertizat Elliot Bloom, unul dintre puținii teoreticieni puri din echipa experimentului Fermi, după publicarea articolului lor. În inima sa, probabil că această persoană trebuie să se lupte cu ea însăși - un teoretician care și-a dedicat jumătate din viață perspectivelor unei explicații indirecte a naturii materiei întunecate, a devenit recent „domnul nr” al colaborării Fermi. Cel mai adesea trebuie să comenteze lucrări precum articolul lui Dobler și să-i convingă pe colegi și jurnaliști că concluziile „upstarts” sunt cel puțin premature.
În mod ironic, lucrarea lui Bloom (fișier pdf), prezentată în numele colaborării sub forma unui afiș la simpozionul Fermi 2009 de la Washington, poate începe un alt episod din istoria detectării observației materiilor întunecate. Rezultatele acestei lucrări au atras atenția asupra celebrului pat fierbinte al zvonurilor fizice - blogul Resonaances, care este întreținut de fizicianul polonez Adam Falkowski de la Universitatea Americană Rutgers.
Galaxii întunecate
Problema
substructurii Discrepanța dintre teoria prevăzută și numărul real de sateliți pitici din Calea Lactee și alte galaxii se numește problema substructurii. Soluția sa standard este că există galaxii pitice în jurul nostru, dar stelele nu se formează în ele.
Dovezi recente sugerează că o asemenea explicație poate funcționa într-adevăr: cel mai mic satelit descoperit recent al galaxiei noastre constă într-adevăr din doar câteva sute de stele. Dar masa lor (se poate estima prin mișcarea stelelor) este mult mai mare. Cea mai mare parte se presupune că este conținută în materie întunecată.
Bloom a motivat corect: pentru a exclude o alternativă cu accelerarea electronilor pe undele de șoc, trebuie să privim unde nu explodează supernovele. În mod ideal - acolo unde nu există stele deloc, iar materia întunecată ar trebui să fie. Conform teoriei, asemenea halos de materie întunecată fără stele ar trebui să înconjoare într-adevăr Galaxia noastră - teoria prezice de zeci sau de două ori mai multe galaxii pitice decât se observă de fapt.
Pentru a găsi ceea ce stelele nu luminează, Bloom și colegul său Pin Wan au fost nevoiți să parcurgă întreaga arhivă de date Fermi în căutarea unor obiecte extinse, a căror radiație gamma se potrivește cu modelul de descompunere sau anihilare a particulelor de materie întunecată. Mai mult, astfel de obiecte nu ar trebui să coincidă cu sursele cunoscute, iar fluxul fotonilor din acestea nu ar trebui să se schimbe în timp.
Bloom și Wang au găsit 54 de surse extinse care au evidențiat cel puțin patru abateri standard deasupra fundalului. După ce au examinat fiecare dintre ele în mod secvențial, oamenii de știință au respins 50 de potențiale „galaxii fără stele”, deoarece nu îndeplinesc criteriile alese. Au mai rămas patru care îndeplinesc criteriile. Deasupra fundalului, toate ies în evidență nici măcar cu patru, ci prin cel puțin cinci abateri standard.
Cu toate acestea, Bloom a îmbrăcat din nou masca „Mr. No” și a ajuns la concluzia că nu au fost detectate noi pitici întunecate în datele Fermi pentru primele zece luni. Principalul argument dat de omul de știință este că spectrele acestor surse nu corespund modelelor teoretice alese ale descompunerii materiei întunecate.
Întrebare subtilă
Dar acest lucru este ridicol, crede Falkovsky, - dă un teoretician normal aproape orice spectru în mâinile sale, iar el va veni cu un model pentru tine în 15 minute care va descrie acest spectru. Aproximativ 15 minute este, desigur, o exagerare artistică, însă modelele de degradare și anihilare până acum oferă într-adevăr o cameră foarte largă pentru manevra teoretică.
Poate de aceea Bloom nu dă spectre. El nu oferă în activitatea sa coordonatele candidaților și nici alte date despre aceștia.
Toate acestea sunt foarte intrigante, consideră Falkovski. Bloom nu spune că nu există galaxii întunecate, ci susține că „nu au fost găsite în datele lui Fermi în primele zece luni”. Nimeni nu știe ce se va întâmpla cu datele pentru următorii ani. Ceea ce este clar este că Bloom, ca membru al colaborării Fermi, va avea acces la ele înaintea oricui.
