Megtalálhatták a sötét anyag régóta keresett bizonyítékát

Keskeny gamma-sugárzási vonalat azonosítottak három galaxishalmaz adataiban. Ez a jel a sötét anyag egyik feltételezett alkotóelemétől, a gyengén kölcsönható, nagy tömegű részecskéktől származhat, de a felfedezés még megerősítésre vár.

A világegyetem teljes tömegének mintegy 85 százalékát a sötét anyag teszi ki. Jelenlétére eddig csak a galaxisok forgásából és a galaxishalmazok gravitációs viselkedéséből következtettek, közvetlenül ugyanis még sosem sikerült kimutatni. A Physical Review Letters folyóiratban megjelent új tanulmány azonban most egy lehetséges nyomról számol be.

A sötét anyag jelenlétére a galaxisok mozgásából és gravitációs hatásából következtetnek a csillagászok
Fotó: ROBERT GENDLER/SCIENCE PHOTO LIB / RGN

A sötét anyag lehetséges részecskéi

A Kínai Tudományos Akadémia Yi-Zhong Fan által vezetett kutatócsoportja galaxishalmazok vizsgálata során egy erős gamma-sugárzási jelet talált, amely a gyengén kölcsönható, nagy tömegű részecskék (WIMP) létezésére utalhat. Ezek a feltételezett részecskék szinte egyáltalán nem lépnek kölcsönhatásba a közönséges anyaggal vagy a fénnyel, viszont gravitációs hatást fejtenek ki. A fizikusok azért tartják őket a sötét anyag lehetséges alkotóelemeinek, mert tömegük és tulajdonságaik alapján épp megfelelő mennyiségben lehetnek jelen ahhoz, hogy magyarázatot adjanak a hiányzó tömegre.

A gyengén kölcsönható, nagy tömegű részecskék ütközése és megsemmisülése különböző energiájú részecskéket hozhat létre. Ezeket a jeleket általában nagyon nehéz elkülöníteni a kozmikus háttérzajtól, egy jól körülhatárolható energiacsúcs viszont már sokkal meggyőzőbb nyom lehet.

Három galaxishalmazban különösen erős volt a jel

A kutatók a Fermi gamma-űrtávcső több mint tizenöt évnyi adatát elemezték, melynek során tizenhárom közeli, nagy tömegű galaxishalmazt vizsgáltak meg. Az adatokban egy körülbelül negyvenhárommilliárd elektronvolt energiájú, keskeny gamma-sugárzási vonalat azonosítottak. Ez a jel a Virgo-, a Fornax- és az Ophiuchus-galaxishalmazban volt a legkifejezettebb. A számítások szerint ezekben a képződményekben különösen magas lehet a sötét anyag koncentrációja.

A kutatócsoport szerint egy ilyen éles energiacsúcsot nehéz lenne ismert asztrofizikai folyamatokkal magyarázni, a gyengén kölcsönható, nagy tömegű részecskék megsemmisülése viszont pontosan ilyen jelet eredményezne. A szakemberek galaxisunk középpontját is megvizsgálták. Korábban ugyanis egy távcsőhiba miatt észlelt jelet tévesen a sötét anyag nyomának véltek, de az új elemzés során nem találtak hasonló mérési rendellenességet.

További megfigyelésekre van szükség

Mivel a jel erőssége az évek során ingadozott – 2016 körül visszaesett, majd ismét növekedni kezdett –, a kutatók egyelőre nem tekintik az eredményt a gyengén kölcsönható, nagy tömegű részecskék egyértelmű, bizonyított észlelésének.

A jel hitelesítéséhez további, még érzékenyebb megfigyelésekre lesz szükség. Ebben nyújthat majd segítséget a Fan csapata által javasolt, jelenleg még csak tervezőasztalon létező új, ún. Nagyon Nagy Területű Gamma-űrtávcső (Very Large Area gamma-ray Space Telescope, rövidítve VLAST).

Ha a későbbi mérések megerősítik a mostani eredményeket, az hatalmas lépést jelenthet a sötét anyagot alkotó részecskék közvetlen megfigyelése felé.