Undersøgelse udelukker ødelæggelse af mørkt stof som oprindelsen af ​​ekstra stråling i galaksecentret

Påvisningen af ​​Fermi Gamma Ray Space Telescope for mere end ti år siden af ​​et overskud af højenergistråling i midten af ​​Mælkevejen overbeviste nogle fysikere om, at de så beviser for udslettelse af mørkt stof partikler, men et hold ledet af forskere ved University of California, Irvine har udelukket den fortolkning.

I et papir offentliggjort for nylig i tidsskriftet Fysisk gennemgang D , UCI-videnskabsmændene og kollegerne ved Virginia Polytechnic Institute og State University og andre institutioner rapporterer, at de – gennem en analyse af Fermi-dataene og en udtømmende serie af modelleringsøvelser – var i stand til at fastslå, at de observerede gammastråler ikke kunne være blevet produceret af hvad kaldes svagt interagerende massive partikler, mest populært teoretiseret som stof af mørkt stof.

Ved at fjerne disse partikler, hvis ødelæggelse kunne generere energier på op til 300 giga-elektronvolt, avisens forfattere siger, de har sat de stærkeste begrænsninger endnu på mørkt stofs egenskaber.

"I 40 år eller deromkring, den førende kandidat for mørkt stof blandt partikelfysikere var en termisk, svagt interagerende og svag skala partikel, og dette resultat udelukker for første gang, at kandidat op til meget høj masse partikler, " sagde medforfatter Kevork Abazajian, UCI professor i fysik og astronomi.

"I mange modeller, denne partikel varierer fra 10 til 1, 000 gange massen af ​​en proton, hvor mere massive partikler teoretisk set er mindre attraktive som en partikel af mørkt stof, " tilføjede medforfatter Manoj Kaplinghat, også en UCI-professor i fysik og astronomi. "I denne avis, vi eliminerer mørkt stof-kandidater over det foretrukne område, hvilket er en enorm forbedring af de begrænsninger, vi sætter på mulighederne for, at disse er repræsentative for mørkt stof."

Abazajian sagde, at signaler af mørkt stof kunne fortrænges af andre astrofysiske fænomener i det galaktiske center - såsom stjernedannelse, kosmisk stråleafbøjning fra molekylær gas og, især, neutronstjerner og millisekunders pulsarer - som kilder til overskydende gammastråler detekteret af Fermi-rumteleskopet.

"Vi så på alle de forskellige modellering, der foregår i Galactic Center, herunder molekylær gas, stjerneemissioner og højenergielektroner, der spreder lavenergifotoner, " sagde medforfatter Oscar Macias, en postdoktor i fysik og astronomi ved Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe ved University of Tokyo, hvis besøg på UCI i 2017 indledte dette projekt. "Vi tog over tre år at trække alle disse nye, bedre modeller sammen og undersøge emissionerne, finder ud af, at der er lidt plads tilbage til mørkt stof."

Macias, som også er postdoc-forsker ved GRAPPA-centret ved University of Amsterdam, tilføjede, at dette resultat ikke ville have været muligt uden data og software leveret af Fermi Large Area Telescope-samarbejdet.

Gruppen testede alle klasser af modeller, der blev brugt i Galactic Center-regionen for overskydende emissionsanalyser, og dens konklusioner forblev uændrede. "Man ville være nødt til at lave en diffus emissionsmodel, der efterlader et stort "hul" i dem for at slække på vores begrænsninger, og videnskaben fungerer ikke sådan, " sagde Macias.

Kaplinghat bemærkede, at fysikere har forudsagt, at stråling fra udslettelse af mørkt stof ville være repræsenteret i en pæn sfærisk eller elliptisk form, der udgår fra Galactic Center, men overskuddet af gammastråler, der blev opdaget af Fermi-rumteleskopet efter dets udbredelse i juni 2008, viser sig som en treakset, bar-lignende struktur.

"Hvis du kigger på Galactic Center, du ser, at stjernerne er fordelt på en boksagtig måde, " sagde han. "Der er en skive af stjerner, og lige i centrum, der er en bule, der er omkring 10 grader på himlen, og det er faktisk en meget specifik form - en slags asymmetrisk boks - og denne form efterlader meget lidt plads til yderligere mørkt stof."

Udelukker denne forskning eksistensen af ​​mørkt stof i galaksen? "Ingen, " sagde Kaplinghat. "Vores undersøgelse begrænser den slags partikel, som mørkt stof kunne være. De mange bevislinjer for mørkt stof i galaksen er robuste og upåvirkede af vores arbejde."

Langt fra at betragte holdets resultater for at være nedslående, Abazajian sagde, at de skulle opmuntre fysikere til at fokusere på andre koncepter end de mest populære.

"Der er en masse alternative mørkt stof-kandidater derude, " sagde han. "Søgningen bliver mere som en fiskeekspedition, hvor man ikke allerede ved, hvor fiskene er."