Fermi Space Telescope-teamet har hittat mörka galaxer på himlen utan stjärnor, men mörk materia som smälter. Upptäckarna tror ännu inte på fyndet, och det är omöjligt att självständigt verifiera sina resultat - forskare avslöjar inte var kandidaterna är
Förutom den stora konflikten mellan två kulturer - "fysiker och lyriker", som introducerades i cirkulation av briten Charles Snow för exakt 50 år sedan, har det i århundraden också varit en liten konflikt som uteslutande rörde "fysiker". Det är en kollision mellan teori och experiment, där de förstnämnda vanligtvis spelar rollen som hänsynslösa liberaler och de senare som ansvarsfulla konservativa.
Under de senaste åren inom astrofysik har denna konflikt ingenstans visat sig så tydligt som i historien om partiklar av mörk materia, vars omvandling till det ämne vi är vana vid, vissa forskare ser, medan andra inte gör det. Båda övertygelserna baseras på samma data.
Paparazzi och PAMELA
Förfall och förintelse
Förfall kallas för spontan förfall av partiklar, som förfallet av en urankärna eller en neutron som har lämnat någon atomkärna. Förintelse är den ömsesidiga förstörelsen av partiklar när de möter varandra, till exempel förintelsen av en elektron och en positron, och i allmänhet materia och antimateria.
Sönderfallshastigheten beror bara på antalet instabila partiklar, och utrotningssignalen bestämmer frekvensen för partikelkollisioner med varandra. Därför är sönderfallshastigheten proportionell mot densiteten och utrotningsgraden är proportionell mot kvadratet för denna kvantitet. Så hoppas astronomer att skilja skillnad från förfall i observationsdata.
Den största spänningen i passion uppnåddes i mitten av 2008, när det internationella vetenskapliga experimentet PAMELA ombord på den ryska satelliten Resurs-DK upptäckte ett överskott av högenergipositroner i närheten av solen. De kunde väl ha födts under spontan förfall eller ömsesidig förintelse av exotiska partiklar, som, som man antar, mörk materia består av.
Naturligtvis är andra förklaringar möjliga, men utsikterna för att "se" osynlig fråga var så attraktiva att för att få offentliga PAMELA-uppgifter, rykten om vilka cirkulerade i den astrofysiska miljön, gick många unga teoretiker ut. En del fotograferade till och med opublicerade PAMELA-diagram på sina mobiltelefoner under projektdeltagarnas rapporter på konferenser och baserade på dessa data skrev de teoretiska artiklar. Sådana modiga själar, som bryter mot de vetenskapliga samhällets oskrivna etiska regler, har till och med fått smeknamnet "vetenskaplig paparazzi."
Som ett resultat publicerades PAMELA-uppgifterna ändå formellt, men de har fortfarande ingen entydig tolkning. Någon tycker att det här är spår av mörka partiklar, någon skyller på neutronstjärnor i närheten av solen för deras utseende, någon tror allmänt att vi talar om okända systematiska fel i driften av PAMELA-utrustningen.
Dimma, dimma
Många hoppades att situationen skulle klargöras genom lanseringen av Fermi Space Observatory, som upptäcker fotoner med mycket höga energier. De kan mycket väl föds när vanligt ljus interagerar med högenergiladdade partiklar (detta är den så kallade Compton-bakspridningen). Och det var så forskarna hoppades kunna rensa upp situationen med PAMELA-uppgifterna.
WMAP Haze WMAP har
hittat ett överskott av mikrovågsstrålning från Galaxy-centrum - den så kallade "WMAP-disen", som finns kvar i uppgifterna efter att ha dragit bort alla kända mikrovågskällor från dem. En av de mest troliga förklaringarna till detta är synkrotronstrålningen av energiska elektroner, som lindar sig på induktionslinjen för interstellära magnetfält. Exakt på samma elektroner, med hjälp av den omvända Compton-effekten, kan högenergi-fotoner produceras, vilket Fermi kan se.
Om partiklar av mörk materia verkligen blir källan till energiska positroner och elektroner, bör de födas oftare exakt där det finns mer mörk materia. Enligt moderna koncept anses sådana platser vara centrum för galaxer. Så astronomer såg fram emot att se Fermi gå mot hjärtat av vår egen mjölkväg. Astronomer fick dessutom antydan till ett stort antal elektroner här för flera år sedan från rymdskeppet WMAP.
Kampanjvideo:
Fermi gick in i bana i juni 2008 och började samla vetenskapliga data några månader senare. Enligt gruppens regler visas uppgifterna från teleskopet i det offentliga rummet bara ett år efter det att de har mottagits - för att möjliggöra "deras" teoretiker att skumma över den vetenskapliga huvudkremen från dem. Året var slut på början av hösten, men en grupp teoretiker vände inte och upprepade nästan historien med de "vetenskapliga paparazzierna." Enligt en artikel som dök upp i juli ser Fermi ett överskott av strålning mot det galaktiska centrumet. Preliminär analys visade dessutom att denna strålning kan genereras på exakt samma partiklar som PAMELA-projektet fångade.
När Fermis data ändå publicerades upprepade forskarna sin analys och på ett säkrare sätt uttalade: förutom "WMAP-dis" finns det också en "Fermi-dis", i vilken teorin om förfall eller förintelse av mörk materia passar bra. Detta arbete, ledat av Gregory Dobler, från Harvard Center for Astrophysics, skäms inte längre att hänvisa ens till seriösa forskare, även om resultaten inte skiljer sig från slutsatserna från samma grupps tidigare arbete.
Mister Nej
Det finns dock en viktig varning. Även om ett stort antal högenergi-elektroner och positroner finns i regionen av det galaktiska centrumet (och det finns mindre och mindre tvivel om detta), måste deras ursprung från mörka materialpartiklar fortfarande bevisas. I princip kan de ha andra källor - till exempel chockvågor från supernovaexplosioner eller alla samma neutronstjärnor som finns kvar på platsen för sådana explosioner. Galaxens centrum borde vrimlas av båda - helt enkelt för att det finns så många stjärnor, av vilka några förr eller senare exploderar. Och även om de alternativa modellerna bör vara ganska "långtgående", för många är det fortfarande en mer acceptabel förklaring än någon form av mörk materia.
"Dobler och företag har trampat på tunn is," varnade Elliot Bloom, en av de få rena teoretikerna i Fermi-experimentteamet, efter att deras artikel publicerades. I sitt hjärta måste denna person förmodligen kämpa med sig själv - en teoretiker som ägnade halva sitt liv åt utsikterna för en indirekt förklaring av arten av mörk materia. Han blev nyligen "Mr. No" för Fermi-samarbetet. Det är han som oftast måste kommentera verk som Doblers artikel och övertyga kollegor och journalister om att slutsatserna från "uppstarterna" är åtminstone för tidiga.
Ironiskt nog är det Blooms arbete (pdf-fil) som presenterades för samarbetets uppdrag i form av en affisch på Fermi 2009-symposiet i Washington, att ytterligare ett avsnitt i berättelsen om observationsdetektering av mörk materia kan börja. Resultaten av detta arbete drog uppmärksamhet till ett välkänt värmebas med fysiska rykten - bloggen Resonaances, som underhålls av den polska fysikern Adam Falkowski från American Rutgers University.
Mörka galaxer
Substruktorproblemet
Avvikelsen mellan den förutsagda teorin och det faktiska antalet dvärgsatelliter i Vintergatan och andra galaxer kallas understrukturproblemet. Dess standardlösning är att det finns dvärggalaxier runt oss, men stjärnor bildas inte i dem.
Nya bevis tyder på att en sådan förklaring verkligen kan fungera: den minsta av de nyligen upptäckta satelliterna i vår galax består egentligen av bara några hundra stjärnor. Men deras massa (det kan uppskattas av stjärnans rörelse) är mycket större. Det mesta antas att det ingår i mörk materia.
Bloom resonerade med rätta: för att utesluta ett alternativ med accelerationen av elektroner på chockvågor måste man se var supernovaer inte exploderar. Helst - där det inte finns några stjärnor alls, och mörk materia borde vara. Enligt teorin borde sådana starless mörka ämnen glosor verkligen omge vår Galaxy - teorin förutspår ett dussin eller två gånger fler dvärggalaxier än vad som faktiskt observerats.
För att hitta vad stjärnorna inte lyser, måste Bloom och hans kollega Pin Wan skjuta igenom hela Fermi-dataarkivet på jakt efter utvidgade föremål, vars gammastrålning matchar modellen för förfall eller förintelse av partiklar av mörkt material. Dessutom bör sådana föremål inte sammanfalla med kända källor, och flödet av fotoner från dem borde inte förändras över tid.
Bloom och Wang hittade 54 utökade källor som stod ut åtminstone fyra standardavvikelser ovanför bakgrunden. Efter att ha granskat var och en av dem i följd, avvisade forskarna 50 potentiella "stjärnlösa galaxer" som inte uppfyller de valda kriterierna. Det finns fyra kvar som uppfyller kriterierna. Ovanför bakgrunden sticker de ut inte ens med fyra, utan med minst fem standardavvikelser.
Trots detta slog Bloom igen "Herr Nej" -mask och drog slutsatsen att inga nya mörka dvärgar hade upptäckts i Fermi-uppgifterna under de första tio månaderna. Forskarens huvudargument är skillnaden mellan spektrat för dessa källor till de valda teoretiska modellerna för förfall av mörk materia.
Subtil fråga
Men detta är löjligt, tror Falkovsky, - ge en normal teoretiker nästan vilket spektrum som helst i hans händer, och han kommer att hitta en modell för dig om 15 minuter som kommer att beskriva detta spektrum. Cirka 15 minuter är naturligtvis en konstnärlig överdrivning, men modellerna för förfall och förintelse hittills ger verkligen ett mycket brett utrymme för teoretisk manöver.
Kanske är det därför som Bloom inte ger spektra. Han ger inte i sitt arbete koordinaterna för kandidaterna eller annan information om dem.
Allt detta är mycket spännande, tror Falkovsky. Bloom säger inte att det inte finns några mörka galaxer, han hävdar bara att "de inte hittades i Fermis data under de första tio månaderna." Ingen vet vad som kommer att hända med uppgifterna för de kommande åren. Det som är uppenbart är att Bloom, som medlem av Fermi-samarbetet, kommer att ha tillgång till dem före någon annan.
