W centrum Drogi Mlecznej coś się świeci. Astronomowie wyrzucili z równania światło gwiazd i nie zgadzają im się wyliczenia

Nasza galaktyka - Droga Mleczna - należy do kategorii galaktyk spiralnych z poprzeczką. Dysk galaktyki jest domyślnie płaski, aczkolwiek jest grubszy w samym centrum, gdzie wokół supermasywnej czarnej dziury utworzyło się tzw. zgrubienie centralne. Ten obszar posiada wiele nietypowych cech - wśród nich wspomniane nietypowe promieniowanie.

Co do zasady spoglądając w kierunku centrum galaktyki, zobaczymy mnóstwo gwiazd. Im bliżej samego środka galaktyki, tym zagęszczenie gwiazd rośnie. Problem jednak w tym, że gdy astronomowie z tego całego blasku milionów gwiazd odejmą światło emitowane przez wszystkie gwiazdy, wciąż zostaje im jeszcze trochę promieniowania, które zdaje się nie mieć własnego źródła. Owa tajemnicza poświata otrzymała nawet swoje określenie GCE (Galactic Center GeV Excess).

Mowa tutaj nie o promieniowaniu widzialnym, a o promieniowaniu gamma, które zaobserwowano w 2009 r. w danych zebranych za pomocą kosmicznego teleskopu Fermi.

Badacze założyli, że jeżeli ciemna materia składa się z teoretycznych cząstek WIMP (słabo oddziałujące masywne cząstki, ang. Weakly Interacting Massive Particles) oraz odpowiadających im antycząstek, to w momencie zderzenia cząstki i antycząstki WIMP dochodziłoby, tak jak w przypadku materii barionowej, do anihilacji obu cząstek i emisji fotonów gamma. Okazało się, że to wyjaśnienie bardzo dokładnie pasuje do danych obserwacyjnych.

Najważniejszy problem z tym wyjaśnieniem jest taki, że o samej ciemnej materii nie wiemy nic: nie wiemy, z jakich cząstek się ona składa i nie widzimy żadnego oddziaływania ciemnej materii na zwykłą materię barionową (z jakiej się składają gwiazdy, planety i my sami) poza grawitacyjnym.

Alternatywne wyjaśnienie mówiło, że być może obserwowane w centrum naszej galaktyki promieniowanie gamma emitowane jest przez pulsary ukryte przed teleskopami przez mnóstwo gwiazd oraz pyłu i gazu międzygwiezdnego. Na korzyść tego wyjaśnienia przemawiał fakt, że dane z Fermiego wskazywały, że poświata nie jest idealnie jednorodna, a w przypadku ciemnej materii raczej taka powinna być.

W 2020 roku badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego poinformowali, że seria symulacji i modeli komputerowych wykazała, że za owo nadmiarowe promieniowanie na pewno nie jest odpowiedzialna ciemna materia. Naukowcy mogli zatem skupić się na innych hipotezach.

Zaledwie dziewięć miesięcy później fizycy z Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej we Włoszech stwierdzili właśnie, że według nich źródłem promieniowania może jednak być… ciemna materia.

Po przejrzeniu całej palety danych z Fermiego zebranych przez ostatnie 11 lat naukowcy wykazali, że rozkład przestrzenny nadmiarowego promieniowania gamma nie zmienia się w zależności od obserwowanego poziomu energii. Gdyby za poświatę odpowiadały pulsary czy zderzenia promieni kosmicznych z atomami, zmieniając poziom obserwowanych energii astronomowie obserwowaliby zmieniający się rozkład przestrzenny poświaty. Nic takiego jednak nie widać.

Cóż… fizycy z założenia są ostrożni, jak na ludzi nauki przystało. Aktualnie można zatem powiedzieć, że ponownie nie możemy wykluczyć ciemnej materii jako wyjaśnienia owej poświaty w centrum Drogi Mlecznej. Wszystkie karty wciąż są w grze.