Ekipa za vesoljski teleskop Fermi je na nebu našla temne galaksije brez zvezd, temne snovi pa dišijo. Odkritelji še ne verjamejo v najdbo in je nemogoče neodvisno preveriti njihove rezultate - znanstveniki ne razkrijejo, kje so kandidati
Poleg velikega konflikta dveh kultur - "fizikov in lirikov", ki jih je v obtok prinesel Britanec Charles Snow pred natanko 50 leti, je že stoletja obstajal tudi majhen konflikt, ki zadeva izključno "fizike". Gre za spopad med teorijo in eksperimentom, v katerem prvi ponavadi igrajo nepremišljene liberalce, drugi pa kot odgovorne konservativce.
V zadnjih nekaj letih se v astrofiziki ta konflikt nikjer ni tako očitno pojavil kot v zgodovini delcev temne snovi, katerih pretvorbo v snov smo navajeni, nekateri znanstveniki vidijo, drugi pa ne. Oba prepričanja temeljijo na istih podatkih.
Paparazzi in PAMELA
Razpad in uničevanje
razpada je spontano razpadanje delcev, saj jedro urana razpada ali nevtron zapusti katerokoli atomsko jedro. Uničenje je medsebojno uničenje delcev, ko se srečajo, na primer uničenje elektrona in pozitrona ter na splošno materije in antimaterije.
Hitrost razpadanja je odvisna samo od števila nestabilnih delcev, anihilacijski signal pa določa pogostost trka delcev med seboj. Zato je hitrost razpadanja sorazmerna z gostoto, stopnja uničevanja pa je sorazmerna s kvadratu te količine. Tako astronomi upajo, da bodo v opazovalnih podatkih uničili uničevanje od razpada.
Največjo napetost strasti je dosegla sredi leta 2008, ko je mednarodni znanstveni eksperiment PAMELA na ruskem satelitu Resurs-DK odkril presežek visokoenergijskih positronov v bližini Sonca. Lahko bi se rodili med spontanim razpadom ali medsebojnim uničevanjem eksotičnih delcev, ki naj bi sestavljali temno snov.
Seveda so možne tudi druge razlage, vendar je bila možnost, da bi "nevidno" videli nevidno, tako privlačna, da so za pridobitev neobjavljenih podatkov PAMELA, o katerih so govorice krožile v astrofizičnem okolju, šli mnogi mladi teoretiki. Nekateri so celo fotografirali neobjavljene grafikone PAMELA na svojih mobilnih telefonih med poročili udeležencev projekta na konferencah in na podlagi teh podatkov napisali teoretične članke. Tako pogumne duše, ki kršijo nenapisana etična pravila znanstvene skupnosti, so celo dobile ime "znanstveni paparaci."
Kot rezultat, so bili podatki PAMELA kljub temu uradno objavljeni, vendar še vedno nimajo nedvoumne razlage. Nekdo meni, da gre za sledi temnih delcev, nekdo za njihov videz krivi nevtronske zvezde v bližini Sonca, nekdo na splošno verjame, da govorimo o nespremenjenih sistematičnih napakah pri delovanju opreme PAMELA.
Megla, megla
Mnogi so upali, da se bo situacija razjasnila z zagonom vesoljskega observatorija Fermi, ki zazna fotone zelo visoke energije. Mogoče nastanejo v interakciji navadne svetlobe z visoko energijskimi nabitimi delci (to je tako imenovano Comptonovo povratno razprševanje). In tako so znanstveniki upali razjasniti stanje s podatki PAMELA.
Haze WMAP WMAP je
našel presežek mikrovalovnega sevanja iz galaktičnega središča - tako imenovani "WMAP maglu", ki ostane v podatkih, ko od njih odvzamemo vse znane vire mikrovalov. Ena najverjetnejših razlag zanj je sinhrotronsko sevanje energijskih elektronov, ki se vijejo po indukcijski liniji medzvezdnih magnetnih polj. Točno na istih elektronih lahko s pomočjo inverznega Comptonovega učinka nastanejo visokoenergijski fotoni, kar je Fermi sposoben videti.
Če delci temne snovi resnično postanejo vir energijskih pozitronov in elektronov, potem bi se morali pogosteje roditi tam, kjer je več temne snovi. Po sodobnih konceptih takšni kraji veljajo za središča galaksij. Tako so se astronomi veselili, ko so videli Fermija, ki se je usmeril proti osrčju naše Mlečne poti. Poleg tega so astronomi pred nekaj leti od vesoljskega plovila WMAP dobili namig na veliko število elektronov.
Promocijski video:
Fermi je v orbito stopil junija 2008 in znanstvene podatke začel zbirati nekaj mesecev pozneje. Po pravilih skupine se podatki iz teleskopa pojavijo v javnem prostoru šele leto dni po prejemu - da bi "svojim" teoretikom omogočili, da iz njih skrijejo glavno znanstveno kremo. Leto je zmanjkalo v začetku jeseni, toda ena skupina teoretikov ni čakala in je skoraj ponovila zgodbo z "znanstvenimi paparaci." V članku, ki se je pojavil julija, Fermi opazi presežek sevanja proti galaktičnemu središču. Poleg tega je predhodna analiza pokazala, da lahko to sevanje nastane na popolnoma enakih delcih, ki jih je ujel projekt PAMELA.
Ko so bili Fermijevi podatki kljub temu objavljeni, so znanstveniki ponovili svojo analizo in bolj samozavestno trdili: poleg "megle WMAP" obstaja tudi "Fermijeva meglica", v katero se dobro prilega teorija propadanja ali uničenja temne snovi. Tega dela, ki ga je vodil Gregory Dobler iz Harvardskega centra za astrofiziko, ni več sram navajati niti resnih znanstvenikov, čeprav se njegovi rezultati ne preveč razlikujejo od zaključkov prejšnjega dela iste skupine.
Gospod ne
Obstaja pa en pomemben ukrep. Tudi če na območju galaktičnega središča obstaja veliko število visokoenergijskih elektronov in pozitronov (in o tem je vse manj dvomov), je njihov izvor delcev temne snovi še treba dokazati. Načeloma imajo lahko druge vire - na primer udarne valove zaradi eksplozij supernove ali vseh istih nevtronskih zvezd, ki ostanejo na mestu takšnih eksplozij. Središče Galaksije bi moralo biti prežeto z obema - preprosto zato, ker je toliko zvezd, od katerih nekatere prej ali slej eksplodirajo. In čeprav naj bi bili alternativni modeli precej »navidezni«, je za mnoge še vedno bolj sprejemljiva razlaga kot nekakšna temna snov.
"Dobler in družba sta stopili na tanek led," je po objavi njunega članka opozoril Elliot Bloom, eden redkih čistih teoretikov iz Fermijeve eksperimentalne ekipe. Ta človek se mora v svojem srcu verjetno boriti sam s seboj - teoretik, ki je polovico svojega življenja posvetil možnostim posredne razlage narave temne snovi, je pred kratkim postal "gospod ne" kolaboracije Fermi. Prav on mora najpogosteje komentirati dela, kot je Doblerjev članek, in prepričati kolege in novinarje, da so zaključki "upstarts" vsaj prezgodnji.
Ironično je, da se z Bloomovim delom (pdf datoteka), ki je bilo v imenu sodelovanja predstavljeno v obliki plakata na simpoziju Fermi 2009 v Washingtonu, začne nova epizoda v zgodbi o opazovanju odkrivanja temne snovi. Rezultati tega dela so opozorili na znamenito žarišče fizičnih govoric - blog Resonaances, ki ga vodi poljski fizik Adam Falkowski z ameriške univerze Rutgers.
Temne galaksije
Problem podkonstrukcije
Razhajanje med napovedano in opaženo teorijo v resnici številom pritlikavih satelitov Mlečne poti in drugih galaksij, znanih kot problem podkonstrukcije. Njegova standardna rešitev je, da so okrog nas pritlikave galaksije, v njih pa se zvezde ne oblikujejo.
Nedavni dokazi kažejo, da takšna razlaga morda res deluje: najmanjši od nedavno odkritih satelitov naše galaksije resnično obsega le nekaj sto zvezd. Toda njihova masa (ocenimo jo lahko z gibanjem zvezd) je veliko večja. Predvideva se, da ga večina vsebuje temna snov.
Bloom pravilno utemeljen: da bi izključili alternativo s pospeševanjem elektronov na udarnih valovih, je treba pogledati tam, kjer supernove ne eksplodirajo. V idealnem primeru - tam, kjer sploh ni zvezd, bi morala biti temna snov. Po teoriji bi morali takšni halosi brez temne snovi zares obkrožati našo Galaksijo - teorija napoveduje ducat ali dvakrat več pritlikavih galaksij, kot jih dejansko opazimo.
Da bi našli tisto, kar zvezde ne svetijo, sta morala Bloom in njegov sodelavec Pin Wan poiskati celoten arhiv podatkov Fermi v iskanju razširjenih predmetov, katerih gama sevanje ustreza modelu propadanja ali uničevanja delcev temne snovi. Poleg tega takšni predmeti ne bi smeli sovpadati z znanimi viri, pretok fotonov iz njih pa se ne bi smel sčasoma spreminjati.
Bloom in Wang sta našla 54 razširjenih virov, ki so izstopali vsaj po štirih standardnih odstopanjih nad ozadjem. Potem ko so zaporedno pregledali vsako od njih, so znanstveniki zavrnili 50 potencialnih "galaksij brez zvezd", ki ne ustrezajo izbranim merilom. Štirje so levi, ki izpolnjujejo kriterije. Nad ozadjem vsi ne izstopajo niti po štirih, temveč po vsaj petih standardnih odstopanjih.
Kljub temu je Bloom ponovno nadela masko "Mr. No" in ugotovila, da v podatkih Fermi v prvih desetih mesecih ni bilo zaznanih novih temnih palčkov. Glavni argument znanstvenika je neskladje spektrov teh virov z izbranimi teoretičnimi modeli razpada temne snovi.
Subtilno vprašanje
Toda to je smešno, je prepričan Falkovski, - dajte normalnemu teoretiku v roke skoraj poljuben spekter in v 15 minutah bo za vas pripravil model, ki bo opisal ta spekter. Približno 15 minut je seveda umetniško pretiravanje, vendar doslej modeli razpada in uničevanja resnično ponujajo zelo širok prostor za teoretični manever.
Morda zato Bloom ne daje spektra. Pri svojem delu ne navede koordinate kandidatov ali kakršnih koli drugih podatkov o njih.
Vse to je zelo intrigantno, je prepričan Falkovsky. Bloom ne pravi, da ni temnih galaksij, trdi le, da jih "v prvih podatkih Fermi niso našli prvih deset mesecev". Nihče ne ve, kaj se bo zgodilo s podatki za naslednja leta. Jasno je, da bo imel Bloom kot član sodelovanja pri Fermiju dostop do njih še pred komur koli drugim.
