Przez prawie sto lat naukowcy zakładali istnienie ciemnej materii – niewidzialnej substancji stanowiącej około 85% masy Wszechświata. Teraz badania prowadzone przez Tomonori Totani z Uniwersytetu Tokijskiego sugerują pierwszą bezpośrednią obserwację jej obecności za pomocą należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Promieniowania Gamma Fermi. Ten przełom może zrewolucjonizować nasze rozumienie zarówno astrofizyki, jak i fizyki cząstek elementarnych.
Długie polowanie na niewidzialną materię
Koncepcja ciemnej materii powstała na podstawie obserwacji przeprowadzonych w latach trzydziestych XX wieku. Astronom Fritz Zwicky zauważył, że galaktyki w gromadzie Coma poruszały się zbyt szybko, aby mogły pozostać związane jedynie swoją pozorną masą. Późniejsze prace Very Rubin z lat 70. XX wieku wykazały, że gwiazdy na krawędziach galaktyk spiralnych wirują z nieoczekiwanie dużymi prędkościami, co dodatkowo sugeruje istnienie niewidzialnej masy wpływającej na ich ruch. Odkrycia te doprowadziły do wniosku, że galaktyki są osadzone w rozległych, niewidzialnych halo ciemnej materii, które rozciągają się daleko poza widzialne struktury, które obserwujemy.
Dlaczego to jest ważne?
Skład Wszechświata jest mocno niezrównoważony: tylko około 15% jego materii to „zwykła” materia, z którą na co dzień oddziałujemy (gwiazdy, planety, ludzie). Pozostałe 85% to ciemna materia, która z definicji nie oddziałuje ze światłem. Dzięki temu jest niewidoczny dla teleskopów – aż do teraz. Wykrycie potencjalnego sygnału wypełniłoby ogromną lukę w naszym rozumieniu kosmosu.
Potwierdzono podpis Gamma
Zespół Totani skierował teleskop Fermiego w centrum Drogi Mlecznej, gdzie prawdopodobnie koncentruje się ciemna materia. Wykryli unikalny promień gamma o energii 20 gigaelektronowoltów, rozprzestrzeniający się w sposób przypominający halo, zgodny z teoretycznymi modelami rozkładu ciemnej materii.
Sygnatura energetyczna odpowiada przewidywaniom dotyczącym słabo oddziałujących masywnych cząstek (WIMP), hipotetycznych kandydatów na ciemną materię, które anihilują po zderzeniu, uwalniając promienie gamma. Totani argumentuje, że żadne inne znane zjawisko astronomiczne nie może łatwo wyjaśnić obserwowanego sygnału. Jeśli zostanie to potwierdzone, będzie to pierwszy raz, kiedy ludzkość bezpośrednio „zobaczy” ciemną materię, co sugeruje istnienie nowej cząstki wykraczającej poza obecny Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych.
Co dalej?
Chociaż wyniki są obiecujące, społeczność naukowa wymaga dalszej walidacji. Aby wykluczyć inne możliwe wyjaśnienia i wzmocnić dowody, potrzeba więcej danych. Totani spodziewa się, że dalsze obserwacje albo wzmocnią wykrywanie ciemnej materii, albo ujawnią alternatywne interpretacje. Badanie opublikowane w Journal of Cosmology and Astroparticle Physics stanowi ważny krok w rozwikłaniu jednej z największych tajemnic wszechświata.
Potwierdzenie tego sygnału nie tylko zakończy długotrwałe poszukiwania w astrofizyce, ale także otworzy nowe możliwości badania fundamentalnej natury materii i energii we Wszechświecie.
