Tím Fermi Space Telescope našiel na oblohe temné galaxie bez hviezd, ale tlejúcich sa temných hmôt. Objavitelia neveria v nález a ich výsledky nie je možné nezávisle overiť - vedci nezverejňujú, kde sú kandidáti
Okrem veľkého konfliktu dvoch kultúr - „fyzikov a textárov“, ktorý uviedol do obehu Brit Charles Charles Snow presne pred 50 rokmi, sa po stáročia vyskytuje aj malý konflikt týkajúci sa výlučne „fyzikov“. Je to stret medzi teóriou a experimentom, v ktorom prvý z nich zvyčajne hrá úlohu bezohľadných liberálov a druhý ako zodpovedný konzervatívci.
V posledných rokoch astrofyziky sa tento konflikt nikde neprejavil tak zreteľne ako v histórii častíc temnej hmoty, ktorých premena na látku, na ktorú sme zvyknutí, niektorí vedci vidia, zatiaľ čo iní to tak nie sú. Obe presvedčenia sú založené na rovnakých údajoch.
Paparazzi a PAMELA
Rozpad a zničenie
Rozpad sa nazýva spontánny rozpad častíc, napríklad rozpad jadra uránu alebo neutrónu, ktorý zanecháva atómové jadro. Annihilation je vzájomné ničenie častíc, keď sa stretnú, napríklad annihilation elektrónu a pozitron, a všeobecne hmoty a antihmoty.
Miera rozpadu závisí iba od počtu nestabilných častíc a signál zničenia určuje frekvenciu zrážok častíc medzi sebou. Preto je miera úpadku úmerná hustote a miera zničenia je úmerná druhej mocnine tohto množstva. Astronómovia tak dúfajú, že v observačných údajoch dokážu rozlíšiť zničenie a rozklad.
Najväčšie napätie vášne sa dosiahlo v polovici roku 2008, keď medzinárodný vedecký experiment PAMELA na palube ruského satelitu Resurs-DK objavil v blízkosti Slnka nadbytok vysokoenergetických pozitrónov. Mohli by sa narodiť počas spontánneho rozkladu alebo vzájomného ničenia exotických častíc, ktoré majú tvoriť temnú hmotu.
Samozrejme, sú možné iné vysvetlenia, ale vyhliadka na „neviditeľné“neviditeľné veci bola taká atraktívna, že za účelom získania nezverejnených údajov PAMELA, o ktorých sa šírili povesti o astrofyzikálnom prostredí, mnoho mladých teoretikov vyšlo úplne von. Niektorí dokonca fotografovali nepublikované grafy PAMELA na svojich mobilných telefónoch počas správ účastníkov projektu na konferenciách a na základe týchto údajov napísali teoretické články. Takéto statočné duše, ktoré porušujú nepísané etické pravidlá vedeckej komunity, boli dokonca nazvané „vedecké paparazzi“.
V dôsledku toho boli údaje PAMELA napriek tomu formálne uverejnené, stále však nemajú jednoznačný výklad. Niekto si myslí, že to sú stopy tmavých častíc, niekto obviňuje neutrónové hviezdy v blízkosti Slnka za ich vzhľad, niekto všeobecne verí, že hovoríme o nezohľadnených systematických chybách v prevádzke zariadenia PAMELA.
Hmla, hmla
Mnohí dúfali, že situácia sa objasní spustením Fermiho vesmírneho observatória, ktoré detekuje fotóny veľmi vysokých energií. Môžu byť dobre vyrobené interakciou obyčajného svetla s vysokoenergetickými nabitými časticami (toto je takzvané Comptonovo spätné rozptyľovanie). A tak vedci dúfali, že objasnia situáciu pomocou údajov PAMELA.
WMAP Haze WMAP
zistil prebytok mikrovlnného žiarenia z galaktického centra - tzv. „WMAP haze“, ktorý zostáva v údajoch aj po odpočítaní všetkých známych zdrojov mikrovln. Jedným z najpravdepodobnejších vysvetlení je synchrotrónové žiarenie energetických elektrónov vinutých na indukčnej línii medzihviezdnych magnetických polí. Presne na rovnakých elektrónoch sa pomocou inverzného Comptonovho efektu môžu vyrábať vysokoenergetické fotóny, ktoré Fermi vidí.
Ak sa častice temnej hmoty skutočne stanú zdrojom energetických pozitrónov a elektrónov, mali by sa rodiť častejšie presne tam, kde je viac temnej hmoty. Podľa moderných konceptov sa takéto miesta považujú za centrá galaxií. Astronómovia sa teda tešili, keď uvidia Fermiho smerovať do srdca našej vlastnej Mliečnej dráhy. Astronómovia navyše dostali pred niekoľkými rokmi z kozmickej lode WMAP náznak veľkého počtu elektrónov.
Propagačné video:
Fermi vstúpil na obežnú dráhu v júni 2008 a o pár mesiacov neskôr začal zhromažďovať vedecké údaje. Podľa pravidiel skupiny sa údaje z ďalekohľadu objavujú vo verejnom priestore až rok po ich prijatí, aby „ich“teoretici mohli od nich odobrať hlavný vedecký krém. Tento rok sa krátil začiatkom jesene, ale jedna skupina teoretikov nečakala a takmer opakovala príbeh s „vedeckými paparazzi“. Podľa článku, ktorý sa objavil v júli, Fermi vidí nadmerné žiarenie smerom do galaktického centra. Predbežná analýza navyše ukázala, že toto žiarenie sa môže vytvárať na presne tých istých časticiach, ktoré zachytil projekt PAMELA.
Keď však boli Fermiho údaje zverejnené, vedci zopakovali svoju analýzu a s istotou uviedli: okrem „zákalu WMAP“existuje aj „zákal Fermi“, do ktorého dobre zapadá teória rozkladu alebo zničenia temnej hmoty. Táto práca, ktorú vedie Gregory Dobler z Harvardského centra pre astrofyziku, sa už nemusí hanbiť ani pre vážnych vedcov, hoci jej výsledky sa príliš nelíšia od záverov z predchádzajúcej práce tej istej skupiny.
„Pane Nie“
Existuje však jedno dôležité upozornenie. Aj keď v oblasti galaktického centra existuje veľké množstvo elektrónov a pozitrónov s vysokou energiou (a o tom sú čoraz menšie a menšie pochybnosti), musí sa ešte dokázať ich pôvod z častíc temnej hmoty. V zásade môžu mať aj iné zdroje - napríklad rázové vlny spôsobené explóziami supernov alebo všetky rovnaké neutrónové hviezdy, ktoré zostávajú v mieste takýchto výbuchov. Stred galaxie by sa mal hemžiť oboma - jednoducho preto, že existuje toľko hviezd, z ktorých niektoré skôr alebo neskôr explodujú. A hoci alternatívne modely by mali byť dosť „pritiahnuté za vlasy“, pre mnohých je to stále prijateľnejšie vysvetlenie ako nejaká temná hmota.
„Dobler a spoločnosť vstúpili na tenký ľad,“varoval Elliot Bloom, jeden z mála čistých teoretikov experimentálneho tímu Fermi, po uverejnení článku. Vo svojom srdci sa táto osoba pravdepodobne musí potýkať so sebou samým - teoretikom, ktorý polovicu svojho života venoval vyhliadkam na nepriame vysvetlenie povahy temnej hmoty, nedávno sa stal „pánom č.“Spolupráce s Fermi. Je to on, kto musí najčastejšie komentovať diela ako Doblerov článok a presvedčiť kolegov a novinárov, že závery „začiatočníkov“sú prinajmenšom predčasné.
Paradoxne je to Bloomova práca (pdf súbor) predstavená v mene spolupráce vo forme plagátu na sympóziu Fermi 2009 vo Washingtone, aby sa mohla začať ďalšia epizóda príbehu o observačnej detekcii temnej hmoty. Výsledky tejto práce upozornili na slávne ohnisko fyzických klebiet - blog Rezonancie, ktorý spravuje poľský fyzik Adam Falkowski z Americkej univerzity Rutgers University.
Tmavé galaxie
Problém
subštruktúry Rozdiel medzi predpovedanou teóriou a skutočným počtom trpasličích satelitov v Mliečnej dráhe a inými galaxiami sa nazýva problém subštruktúry. Jeho štandardným riešením je, že okolo nás sú trpaslicové galaxie, ale v nich sa netvoria hviezdy.
Posledné dôkazy naznačujú, že takéto vysvetlenie môže skutočne fungovať: najmenšie z nedávno objavených satelitov našej galaxie skutočne pozostávajú iba z niekoľkých stoviek hviezd. Ale ich hmotnosť (dá sa odhadnúť pohybom hviezd) je oveľa väčšia. Predpokladá sa, že väčšina je obsiahnutá v temnej hmote.
Bloom správne zdôvodnil: aby sa vylúčila alternatíva so zrýchlením elektrónov na nárazových vlnách, je potrebné hľadať, kde supernovy nevybuchujú. V ideálnom prípade - tam, kde nie sú vôbec žiadne hviezdy, by mala byť tmavá hmota. Podľa teórie by také hviezdne halóny temnej hmoty mali obklopovať našu galaxiu - teória predpovedá tucet alebo dvakrát viac trpasličích galaxií, ako sa skutočne pozoruje.
Aby Bloom a jeho kolega Pin Wan zistili, čo hviezdy nesvietia, museli pri hľadaní rozšírených objektov, ktorých gama žiarenie zodpovedá modelu rozkladu alebo zničenia častíc temnej hmoty, preliať celý archív údajov Fermi. Takéto objekty by sa navyše nemali zhodovať so známymi zdrojmi a tok fotónov z nich by sa nemal časom meniť.
Bloom a Wang našli 54 rozšírených zdrojov, ktoré vyčnievali najmenej štyri štandardné odchýlky nad pozadím. Po postupnom preskúmaní každej z nich vedci odmietli 50 potenciálnych „hviezdnych galaxií“, pretože nespĺňali vybrané kritériá. Zostávajú štyri, ktoré spĺňajú kritériá. Na pozadí sa nevyznačujú ani štyrmi, ale najmenej piatimi štandardnými odchýlkami.
Bloom napriek tomu obliekol masku „Pán Nie“a dospel k záveru, že počas prvých desiatich mesiacov sa vo údajoch Fermi nezistili žiadne nové tmavé trpaslíky. Hlavným argumentom vedca je rozdiel medzi spektrami týchto zdrojov a vybranými teoretickými modelmi rozkladu temnej hmoty.
Jemná otázka
Je to však smiešne, verí Falkovsky, - dajte normálnemu teoretikovi takmer akékoľvek spektrum v jeho rukách a za 15 minút príde s vami s modelom, ktorý toto spektrum opíše. Asi 15 minút je, samozrejme, umelecká nadsázka, ale modely rozpadu a zničenia doteraz poskytujú skutočne široký priestor pre teoretický manéver.
Možno to je dôvod, prečo Bloom nedáva spektrá. Vo svojej práci neuvádza súradnice kandidátov ani iné údaje o nich.
To všetko je veľmi zaujímavé, verí Falkovsky. Bloom nehovorí, že neexistujú žiadne temné galaxie, tvrdí iba, že „neboli nájdené vo Fermiho údajoch za prvých desať mesiacov“. Nikto nevie, čo sa stane s údajmi pre nasledujúce roky. Je jasné, že spoločnosť Bloom ako člen spolupráce vo Fermi bude mať k nim prístup skôr, ako ktokoľvek iný.