Manglende gammastråleblopper kaster nyt lys over mørkt stof, kosmisk magnetisme

Når astrofysikere ser på gammastrålegløden fra en galakse uden for vores egen, alt, de typisk ser, er et lille sted, fordi galaksen er ekstremt langt væk. Så, når en galakse fremstår som en udvidet klat, der skal ske noget ekstraordinært, som kan hjælpe forskere med bedre at forstå egenskaberne ved dybt rum.

Nu, forskere, herunder forskere fra Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory, har samlet det mest detaljerede katalog over sådanne klatter ved hjælp af otte års data indsamlet med Large Area Telescope (LAT) på NASAs Fermi Gamma-Ray rumteleskop. Klatterne, herunder 19 gammastrålekilder, som man ikke vidste var udvidet før, give afgørende oplysninger om, hvordan stjerner fødes, hvordan de dør, og hvordan galakser udspytter materiel billioner miles ud i rummet.

Spændende nok, selvom, det var de kosmiske områder, hvor de ikke fandt klatter, der kaster nyt lys over to særligt mystiske ingredienser i universet:mørkt stof - en usynlig form for stof seks gange mere udbredt end almindeligt stof - og magnetfeltet, der gennemsyrer rummet mellem galakser, og hvis oprindelse er ukendt.

"Disse data er meget spændende, fordi de giver os mulighed for at studere nogle af de mest grundlæggende processer i universet, og de kan potentielt få os til at opdage helt ny fysik, "siger NASA -forskeren Regina Caputo, en af ​​lederne af den nylige undersøgelse af det internationale Fermi-LAT-samarbejde, som blev offentliggjort i Astrofysisk Journal .

Klumper af mørkt stof

En af de ting forskerne ledte efter var gammastråleblokker forbundet med ledsagende galakser, der kredser om vores Mælkevej. Da den svageste af disse satellitter indeholder meget få stjerner, de menes at blive holdt sammen af ​​mørkt stof.

Forskere mener, at mørkt stof kan være fremstillet af partikler kaldet WIMP'er, som ville udsende gammastråler, når de kolliderer og ødelægger hinanden. Et gammastråleblobsignal, der kommer fra en ultrafaint satellitgalakse, ville være en stærk antydning af, at der findes WIMPS.

"Vores simuleringer af galaksedannelse forudsiger, at der burde være flere satellitgalakser end dem, vi har kunnet opdage i optiske undersøgelser, "Caputo siger." Nogle af dem kunne være så svage, at vi måske kun kunne se dem, hvis de producerede gammastråler på grund af tilintetgørelse af mørkt stof. "

I den nye undersøgelse, Fermi-LAT-forskerne søgte efter gammastråleblokke forbundet med de forudsagte satellitgalakser. De fandt ingen. Men selv det faktum, at de kom tomhændede op, er et vigtigt resultat:Det vil tillade dem, i fremtidige undersøgelser, at definere fordelingen af ​​mørkt stof i Mælkevejssatellitterne og sandsynligheden for, at WIMP'er producerer gammastråler. Det giver også nyt input til modeller af galakseudvikling.

Svag kosmisk magnetisme

Forskerne brugte også deres data til at få mere information om styrken af ​​magnetfeltet mellem galakser, som de håber vil være et vigtigt puslespil for at bestemme feltets oprindelse.

For denne del af undersøgelsen, holdet kiggede på blazarer-aktive galakser, der spyttede højhastighedsstråler med plasma langt ud i rummet. Fermi -rumfartøjet kan registrere gammastråler forbundet med jetfly, der peger i retning af Jorden.

Blazars fremstår som punktlignende kilder, men en mekanisme, der involverer det intergalaktiske magnetfelt, kan potentielt få dem til at ligne udvidede kilder, siger Manuel Meyer, en Humboldt -stipendiat ved Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) og en anden hovedforfatter af undersøgelsen.

Forskerne fandt ikke nogen klatter forbundet med blazarer. Igen, dette no-show var værdifuld information:Det gav teamet mulighed for at beregne, at magnetfeltet er mindst en tiendedel af en milliont milliarddel så stærkt som Jordens magnetfelt. Magnetfeltets øvre grænse - en milliard gange svagere end Jordens felt - var allerede kendt.

Det intergalaktiske felt er stærkere end forskerne havde forventet, Meyer siger, og disse nye oplysninger kan hjælpe dem med at finde ud af, om det stammer fra materiale, der er spildt ud i rummet i nyere tid, eller om det blev skabt i processer, der fandt sted i tidligere kosmisk historie.

Den kosmiske magnetisme kan også have bånd til mørkt stof. Som et alternativ til WIMP -modellen, mørkt stof foreslås fremstillet af lettere partikler kaldet aksioner, der kan komme fra gammastråler (og konvertere tilbage til dem) i nærværelse af et magnetfelt. "For at det kan ske, feltstyrken skulle være tættere på dens øvre grænse, selvom, "Meyer siger." Det er bestemt interessant at tage højde for denne mekanisme i vores undersøgelser af mørkt stof, og vi gør dette lige nu inden for Fermi-LAT-samarbejdet. "