Fermi Space Telescope-teamet har funnet mørke galakser på himmelen uten stjerner, men mørk materie ulmende. Oppdagerne tror ennå ikke på funnet, og det er umulig å uavhengig verifisere resultatene - forskere oppgir ikke hvor kandidatene er
I tillegg til den store konflikten fra to kulturer - "fysikere og lyrikere", introdusert i omløp av briten Charles Snow for nøyaktig 50 år siden, har det i århundrer også vært en liten konflikt om utelukkende "fysikere". Det er et sammenstøt mellom teori og eksperiment, der førstnevnte vanligvis spiller rollen som hensynsløse liberale og sistnevnte som ansvarlige konservative.
I løpet av de siste par årene innen astrofysikk har denne konflikten ingen steder manifestert seg så tydelig som i historien til partikler av mørk materie, og transformasjonen av dette til stoffet vi er vant til, ser noen forskere, mens andre ikke gjør det. Begge oppfatninger er basert på de samme dataene.
Paparazzi og PAMELA
Forfall og tilintetgjørelse
Forfall kalles spontan forfall av partikler, som forfallet av en urankjerne eller et nøytron som forlater en hvilken som helst atomkjerne. Annihilation er gjensidig ødeleggelse av partikler når de møter hverandre, for eksempel utslettelse av et elektron og et positron, og generelt, materie og antimaterie.
Nedbrytningshastigheten avhenger bare av antall ustabile partikler, og utslettingssignalet bestemmer frekvensen av partikkelkollisjoner med hverandre. Derfor er forfallshastigheten proporsjonal med tettheten, og utslettingshastigheten er proporsjonal med kvadratet for denne mengden. Slik håper astronomer å skille utslettelse fra forfall i observasjonsdata.
Den største lidenskapen for lidenskap nådde i midten av 2008, da det internasjonale vitenskapelige eksperimentet PAMELA ombord den russiske satellitten Resurs-DK oppdaget et overskudd av høyeenergi-positroner i nærheten av Solen. De kunne godt vært født under spontant forfall eller gjensidig utslettelse av eksotiske partikler, som er ment å utgjøre mørk materie.
Naturligvis er andre forklaringer mulige, men utsiktene til å "se" usynlig materie var så attraktive at for å skaffe upubliserte PAMELA-data, rykter om hva som sirkulerte i det astrofysiske miljøet, gikk mange unge teoretikere ut. Noen fotograferte til og med upubliserte PAMELA-diagrammer på mobiltelefoner under rapportene fra prosjektdeltakerne på konferanser og basert på disse dataene skrev de teoretiske artikler. Slike modige sjeler, som bryter de uskrevne etiske reglene i det vitenskapelige samfunnet, har til og med fått tilnavnet "vitenskapelige paparazzier."
Som et resultat ble PAMELA-dataene likevel formelt publisert, men de har fortsatt ikke en entydig tolkning. Noen tror at dette er spor etter mørke partikler, noen beskylder nøytronstjerner i nærheten av solen for utseendet, noen tror generelt at vi snakker om uberegnede systematiske feil i driften av PAMELA-utstyret.
Tåke, tåke
Mange håpet at situasjonen ville bli avklart ved lanseringen av Fermi Space Observatory, som oppdager fotoner med svært høye energier. De kan godt være produsert ved interaksjon av vanlig lys med høye energiladede partikler (dette er den såkalte Compton-tilbakespredningen). Og det var slik forskerne håpet å avklare situasjonen med PAMELA-dataene.
WMAP Haze WMAP
fant et overskudd av mikrobølgestråling fra det galaktiske senteret - den såkalte "WMAP-disen", som forblir i dataene etter å ha trukket fra alle kjente mikrobølgeovnskilder fra dem. En av de mest sannsynlige forklaringene på det er synkrotronstrålingen fra energiske elektroner som vikler seg på induksjonslinjen til interstellare magnetfelt. Nøyaktig på de samme elektronene, med hjelp av den omvendte Compton-effekten, kan det produseres høyenergi-fotoner, som Fermi er i stand til å se.
Hvis partikler av mørk materie virkelig blir kilden til energiske positroner og elektroner, bør de fødes oftere nøyaktig der det er mer mørk materie. I følge moderne konsepter regnes slike steder som sentrum for galakser. Så astronomer gledet seg til å se Fermi på vei mot hjertet av vår egen Melkevei. Astronomer mottok dessuten antydning til et stort antall elektroner her for flere år siden fra romfartøyet WMAP.
Salgsfremmende video:
Fermi kom inn i bane i juni 2008 og begynte å samle vitenskapelige data noen måneder senere. I følge gruppens regler vises dataene fra teleskopet i det offentlige rom bare et år etter at de er mottatt - for å gjøre det mulig for "deres" teoretikere å skumme den viktigste vitenskapelige kremen fra dem. Året rant ut tidlig på høsten, men en gruppe teoretikere ventet ikke og gjentok nesten historien med de "vitenskapelige paparazziene." I følge en artikkel som dukket opp i juli, ser Fermi et overskudd av stråling mot det galaktiske sentrum. Foreløpig analyse viste at denne strålingen kan genereres på nøyaktig de samme partiklene som PAMELA-prosjektet fanget.
Da Fermis data allikevel ble publisert, gjentok forskerne sin analyse og uttalte mer selvsikkert: i tillegg til "WMAP-disen" er det også en "Fermi-dis", der teorien om forfall eller utslettelse av mørk materie passer godt. Dette arbeidet, ledet av Gregory Dobler fra Harvard Center for Astrophysics, skammer seg ikke lenger over å henvise til alvorlige forskere, selv om resultatene ikke er så forskjellige fra konklusjonene fra det forrige arbeidet med samme gruppe.
Mister Nei
Det er imidlertid en viktig advarsel. Selv om det finnes et stort antall høyenergi-elektroner og positroner i regionen av det galaktiske sentrum (og det er stadig mindre tvil om dette), må deres opprinnelse fra partikler av mørke stoffer fortsatt bevises. I prinsippet kan de ha andre kilder - for eksempel sjokkbølger fra supernovaeksplosjoner eller alle de samme nøytronstjernene som er igjen på stedet for slike eksplosjoner. Sentrum av galaksen bør vrimle av begge deler - ganske enkelt fordi det er så mange stjerner, hvorav noen før eller siden eksploderer. Og selv om de alternative modellene skal være ganske "langsiktige", er det for mange en mer akseptabel forklaring enn en slags mørk materie.
"Dobler og selskap har tråkket på tynn is," advarte Elliot Bloom, en av få rene teoretikere på Fermi-eksperimentteamet, etter at artikkelen deres ble publisert. I sitt hjerte må denne personen sannsynligvis slite med seg selv - en teoretiker som viet halve livet til utsiktene til en indirekte forklaring av arten av mørk materie, han ble nylig "Mr. No" for Fermi-samarbeidet. Det er han som oftest må kommentere verk som Doblers artikkel og overbevise kolleger og journalister om at konklusjonene fra "upstarts" i det minste er for tidlige.
Ironisk nok er det Blooms arbeid (pdf-fil), presentert på vegne av samarbeidet i form av en plakat på Fermi 2009-symposiet i Washington, at en annen episode i historien om observasjonsdeteksjon av mørk materie kan begynne. Resultatene fra dette arbeidet trakk oppmerksomheten til det berømte arnestedet for fysiske rykter - bloggen Resonaances, som er opprettholdt av den polske fysikeren Adam Falkowski fra American Rutgers University.
Mørke galakser
Understrukturproblemet
Avviket mellom den forutsagte teorien og det faktiske antallet dvergssatellitter i Melkeveien og andre galakser kalles understrukturproblemet. Standardløsningen er at det er dverggalakser rundt oss, men stjerner dannes ikke i dem.
Nyere bevis tyder på at en slik forklaring faktisk kan fungere: den minste av de nylig oppdagede satellittene i galaksen vår består egentlig bare av noen få hundre stjerner. Men deres masse (det kan estimeres av stjernenes bevegelse) er mye større. Det meste antas å være inneholdt i mørk materie.
Bloom resonnerte med rette: for å utelukke et alternativ med akselerasjonen av elektroner på sjokkbølger, må man se hvor supernovaer ikke eksploderer. Helst - der det ikke er stjerner i det hele tatt, og mørk materie skal være. I følge teorien skal slike stjerneløse mørke materie-haloer faktisk omgi vår Galaxy - teorien spår et dusin eller to ganger flere dverggalakser enn det som faktisk er observert.
For å finne hva stjernene ikke lyser, måtte Bloom og hans kollega Pin Wan skyve gjennom hele Fermi-dataarkivet på jakt etter utvidede objekter, hvis gammastråling stemmer overens med modellen for forfall eller utslettelse av mørke stoffpartikler. Dessuten skal slike objekter ikke sammenfalle med kjente kilder, og strømmen av fotoner fra dem skal ikke endre seg over tid.
Bloom og Wang fant 54 utvidede kilder som skilte seg ut minst fire standardavvik over bakgrunnen. Etter å ha undersøkt hver av dem i rekkefølge, avviste forskerne 50 potensielle "stjerneløse galakser" for ikke å oppfylle de valgte kriteriene. Det er fire igjen som oppfyller kriteriene. Over bakgrunnen skiller de seg ut ikke engang med fire, men med minst fem standardavvik.
Ikke desto mindre traff Bloom masken "Mr. No" igjen og konkluderte med at ingen nye mørke dverger hadde blitt oppdaget i Fermi-dataene de første ti månedene. Hovedargumentet som forskeren har gitt er avviket mellom spektrene til disse kildene til de valgte teoretiske modellene for forfallet av mørk materie.
Subtilt spørsmål
Men dette er latterlig, tror Falkovsky, - gi en normal teoretiker i hendene på nesten ethvert spekter, og han vil komme med en modell for deg om 15 minutter som vil beskrive dette spekteret. Cirka 15 minutter er selvfølgelig en kunstnerisk overdrivelse, men modellene for forfall og tilintetgjørelse så langt gir faktisk et veldig bredt rom for teoretisk manøvre.
Kanskje det er grunnen til at Bloom ikke gir spektra. Han gir ikke i sitt arbeid koordinatene til kandidatene eller andre data om dem.
Alt dette er veldig spennende, tror Falkovsky. Bloom sier ikke at det ikke er noen mørke galakser, han hevder bare at "de ikke ble funnet i Fermis data de første ti månedene." Ingen vet hva som vil skje med dataene de neste årene. Det som er tydelig er at Bloom, som medlem av Fermi-samarbeidet, vil ha tilgang til dem før noen andre.
