(NASA/DOE/Fermi LAT-Zusammenarbeit) Das Zentrum der Milchstraße leuchtet. Ja, es gibt ein großes Problem schwarzes Loch dort, und es ist eine sehr energiereiche Region, aber es gibt ein zusätzliches hochenergetisches Gammastrahlenglühen, das über die uns bekannte Aktivität hinausgeht, und das ist etwas, das noch erklärt werden muss.
Dieses Leuchten wird Galactic Center GeV Excess (GCE) genannt, und Astronomen versuchen seit Jahren, es herauszufinden. Eine heiß diskutierte Erklärung ist, dass das Leuchten theoretisch durch die Vernichtung von entstehen könnte Dunkle Materie - aber neue Forschungsergebnisse sind ein Nagel im Sarg dieser Idee.
In einer Reihe umfassender Modelle, die jüngste Entwicklungen bei der Simulation des galaktischen Bulge und anderer Quellen der Gammastrahlenemission im galaktischen Zentrum einbeziehen, hat ein Team von Astrophysikern die Vernichtung dunkler Materie als Quelle des Leuchtens ausgeschlossen.
Dieser Befund, sagt das Team, ergibt dunkle Materie weniger Platz zum Verstecken - stärkere Beschränkungen für seine Eigenschaften festlegen, die bei zukünftigen Suchen hilfreich sein könnten.
„Etwa 40 Jahre lang war der führende Kandidat für Dunkle Materie unter Teilchenphysikern ein thermisches, schwach wechselwirkendes und schwachskaliges Teilchen.“ sagte der Astrophysiker Kevork Abazajian der University of California Irvine (UCI).
„Dieses Ergebnis schließt zum ersten Mal aus, dass es sich um Teilchen mit sehr großer Masse handelt.“
Der GCE wurde erstmals vor etwas mehr als einem Jahrzehnt bemerkt, als der Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop begann mit der Vermessung der Region. Gammastrahlen sind die energiereichsten elektromagnetischen Wellen im Universum und werden von den intensivsten Objekten erzeugt, wie z Millisekundenpulsare , Neutronensterne, kollidierende Neutronensterne, Schwarze Löcher und Supernovae.
Das Problem bestand darin, dass wir, als es an der Zeit war, Fermis Beobachtungen zu analysieren, nachdem wir alle bekannten Gammastrahlenquellen abgezogen hatten, am Ende ein Gammastrahlenglühen im Herzen der Milchstraße vorfanden, das nicht erklärt werden konnte.
Wenn man im Weltraum etwas findet, das nicht erklärt werden kann, ist es sinnvoll, zu versuchen, es mit anderen Dingen in Verbindung zu bringen, die nicht erklärt werden können – etwa der Dunklen Materie. Dies ist der Name, den wir der unsichtbaren Masse geben, die dem Universum Schwerkraft verleiht.
Wir können dunkle Materie indirekt entdecken, weil sich die Dinge anders bewegen, als sie sollten, wenn nur die sichtbare Materie eine Wirkung hätte, aber wir wissen nicht, was sie eigentlich ist.
Obwohl wir dunkle Materie nicht direkt erkennen können, ist es möglich, dass sie Strahlung erzeugt, die wir sehen können.
Wenn Arten von Teilchen der Dunklen Materie, sogenannte Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs), miteinander kollidieren würden – wie es bei Kollisionen in Teilchenbeschleunigern der Fall ist – würden sie sich gegenseitig vernichten und in einem Schauer anderer Teilchen, einschließlich Gammastrahlenphotonen, explodieren. Solche Kollisionen wurden als potenzieller Mechanismus zur Entstehung des GCE vorgeschlagen.
Mehrere Studien haben jedoch keine Hinweise auf WIMP-Kollisionen gefunden, aber diese neue Arbeit sei ein Fortschritt, sagen die Autoren.
„In vielen Modellen liegt dieses Teilchen im Bereich der 10- bis 1.000-fachen Masse eines Protons, wobei massereichere Teilchen theoretisch weniger attraktiv sind als Teilchen der Dunklen Materie.“ sagte UCI-Astrophysiker Manoj Kaplinghat .
„In dieser Arbeit eliminieren wir Kandidaten für Dunkle Materie aus dem bevorzugten Bereich, was eine enorme Verbesserung der Einschränkungen darstellt, die wir den Möglichkeiten auferlegen, dass diese für Dunkle Materie repräsentativ sind.“
Über drei Jahre hinweg hat das Team eine breite Palette von Gammastrahlen-Modellierungsszenarien für das galaktische Zentrum und seinen Bulge – die dicht gepackte Gruppe von Sternen, die sich um das Zentrum konzentriert – zusammengestellt. Sie umfassten alle Quellen, die ihnen in die Finger kamen – Sternentstehung, die Fermi-Blasen, Wechselwirkungen der kosmischen Strahlung mit molekularem Gas sowie Neutronensterne und Millisekunden Pulsare .
Sie stellten fest, dass, nachdem sie alles berücksichtigt hatten, nur noch sehr wenig Spielraum für die Vernichtung von WIMP übrig war. Zwischen all diesen Gammastrahlenquellen „gibt es keinen signifikanten Überschuss im GC, der auf die DM-Vernichtung zurückzuführen wäre.“ schreiben die Forscher in ihrer Arbeit .
Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass die Verteilung der Gammastrahlen im galaktischen Zentrum auch nicht mit der Vernichtung dunkler Materie vereinbar ist. Wenn WIMPs der Übeltäter wären, wäre die Verteilung glatt – stattdessen sind es die Gammastrahlenphotonen in Büscheln verteilt wie man es von Punktquellen wie Sternen erwarten würde.
Die Verteilung der Sterne im Bulge ist den neuen Forschungsergebnissen zufolge auch nicht mit dem Vorhandensein zusätzlicher Dunkler Materie vereinbar.
Das heißt nicht, dass die Dunkle Materie in unserem galaktischen Zentrum nicht von einem hypothetischen, massiven, schwach interaktiven Typ sein könnte. Das Team hat gerade eine Reihe von häufig gesuchten Objekten und noch einige mehr erfasst. Das Team stellt fest, dass ihre Ergebnisse immer noch stark für einen astrophysikalischen Ursprung des GCE sprechen.
„Unsere Studie begrenzt die Art von Teilchen, die dunkle Materie sein könnte“, Sagte Kaplinghat . „Die zahlreichen Beweislinien für dunkle Materie in der Galaxie sind robust und von unserer Arbeit nicht betroffen.“
Das bedeutet, dass wir viel weiter über den Tellerrand schauen müssen, um es zu finden.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Körperliche Untersuchung D .