Fermi teleskop: gama linija na 43 GeV, trag tamne materije

Tim naučnika sa Kineske akademije nauka, koji vodi Ji-Zong Fan, objavio je dokaze o uskoj gama liniji na energiji od oko 43,2 gigaelektronvolta. Signal je pronađen u pravcu tri jata galaksija, Device, Peći i Zmijonosca, mesta za koja se očekuje najveći sadržaj tamne materije. Rad je objavljen u časopisu Physical Review Letters, a šire je prenet 25. avgusta. Ako se potvrdi, otkriće bi moglo biti jedan od najubedljivijih dosadašnjih tragova čestica tamne materije poznatih kao VIMP.

Tamna materija čini oko 85 odsto sve mase u svemiru, što se zaključuje po načinu na koji se galaksije obrću i po tome što se jata galaksija ne raspadaju pod sopstvenom gravitacijom. Uprkos decenijama potrage, fizičari je nikada nisu direktno detektovali. VIMP je skraćeni naziv za hipotetičke teške čestice koje jedva reaguju sa običnom materijom i svetlošću, ali imaju gravitaciju, i dugo su vodeći kandidat jer njihova pretpostavljena masa i jačina interakcije prirodno daju količinu koja bi objasnila nedostajuću masu. Sudari i poništavanja VIMP čestica bi, prema teoriji, proizveli čestice u širokom energetskom spektru, teško razlučivom od običnog kosmičkog šuma. Uzak i oštar skok na tačno određenoj energiji je zato mnogo ubedljiviji signal, jer nijedan poznati astrofizički proces ne pravi takav spektar.

Šta pokazuje petnaestogodišnja analiza Fermijevih podataka?

Tim koji vodi Ji-Zong Fan analizirao je 15 i po godina podataka svemirskog teleskopa Fermi, prikupljenih instrumentom Fermi-LAT, i pretražio signale iz 13 masivnih jata galaksija. U pravcu tri jata sa najvećim očekivanim sadržajem tamne materije, Device, Peći i Zmijonosca, pronađena je uska gama linija na energiji od oko 43,2 gigaelektronvolta. Statistička mera pouzdanosti signala, takozvana TS vrednost, iznosi oko 30 kada se računaju samo ta tri jata, a oko 21 kada se u analizu uključe svih 13 jata, što istraživači pripisuju slabijem odnosu signala i šuma kod ostalih deset.

Rad je objavljen u časopisu Physical Review Letters, sa identifikatorom 10.1103/lq5r-sjp7, a preprint je dostupan na arXiv-u pod oznakom 2407.11737. Koautori Ji-Zong Fana su Zao-Ćijang Šen, Jun-Feng Ljang, Sjang Li, Kaj-Kaj Duan, Ći-Ćing Šja, Sjao-Juen Huang, Lej Feng i Ćijang Juen.

Zašto istraživači nisu proglasili otkriće?

Tim je proverio i centar Mlečnog puta, gde je sličan signal pre deceniju bio pogrešno protumačen kao trag tamne materije, a zapravo je bio posledica greške instrumenta. Ovog puta ekvivalentna greška nije nađena, što po autorima ne ide u prilog ni instrumentalnom objašnjenju ni najjednostavnijem modelu poništavanja tamne materije, jer bi se u tom slučaju očekivao i signal iz centra galaksije.

Uprkos tome, istraživači nisu proglasili otkriće. Jačina signala je varirala kroz godine, sa padom oko 2016. godine i ponovnim rastom kasnije, što ostavlja mogućnost da je reč o statističkoj fluktuaciji ili nepoznatom astrofizičkom izvoru, a ne o dokazu postojanja čestice. Autori rezultat opisuju kao dovoljno jak nagoveštaj da zaslužuje dalju proveru, ne kao potvrđeno otkriće.

Za konačnu potvrdu bio bi potreban osetljiviji instrument. U radu se pominje predloženi gama teleskop vrlo velike površine, Very Large Area Gamma-ray Space Telescope, koji još ne postoji, kao uređaj koji bi mogao da razreši da li je signal stvaran ili slučajan. Do tada, gama linija na 43,2 gigaelektronvolta ostaje ono što je i sada, ozbiljan ali nepotvrđen trag. Studija ne dokazuje postojanje VIMP čestica, niti isključuje da je reč o do sada nepoznatom astrofizičkom procesu u jatima galaksija. Varijabilnost signala kroz vreme i odsustvo istog obrasca u centru Mlečnog puta ostaju otvorena pitanja na koja odgovor mora doći iz novih, nezavisnih posmatranja.