Najveći teleskopski sustav južne hemisfere proveo je šest godina gledajući u središte naše galaksije i vratio se praznih ruku — ali s najstrožim ograničenjem do sada na to kako bi tamna materija mogla izgledati.
Kolaboracija H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), međunarodni tim istraživača koji upravlja nizom čerenkovskih teleskopa u Namibiji, objavila je rezultate analize 546 sati promatranja regije oko središta Mliječne staze. Podaci su prikupljani između 2014. i 2020. godine. Znanstvenici su tražili gama-zraku specifične energije — takozvanu spektralnu liniju — koja bi nastala kada se dvije čestice tamne materije sudare i anihiliraju.
Nisu je našli. Ali su zato postavili gornju granicu na takozvani anihilacijski presjek teških čestica tamne materije, i to najnižu do sada u širokom rasponu mogućih masa. Rezultati su objavljeni u časopisu Review Letters.
Što su zapravo tražili
Tamna materija je hipotetska tvar koja ne emitira, ne apsorbira i ne reflektira svjetlost. Fizičari već desetljećima promatraju njezine gravitacijske učinke — zvijezde se kreću brže nego što bi trebale s obzirom na vidljivu masu, galaksije se drže zajedno jače nego što obična materija dopušta — ali još nitko nije utvrdio od čega je sastavljena.
Jedna od vodećih hipoteza kaže da se sastoji od masivnih elektroslabih čestica, poznatih kao WIMP-ovi. Kada se dvije takve čestice sretnu, mogu se anihilirati i pritom proizvesti gama-zrake visokih energija. Upravo zato se središte galaksije nameće kao logična meta: tamo je tamna materija najgušća, pa je i vjerojatnost sudara najveća.
Alessandro Montanari iz kolaboracije H.E.S.S. objasnio je metodologiju: teleskopi ne gledaju gama-zrake izravno, nego bilježe bljeskove svjetlosti koje te zrake proizvedu kada udare u Zemljinu atmosferu. Kroz te kaskade čestica rekonstruira se energija i smjer izvornog fotona.
Problem je u tome što se očekivani signal ne razlikuje dramatično od kozmičke pozadine. Umjesto širokog spektra energija, traži se uska koncentracija na jednoj vrijednosti — kao igla u plastu sijena koja bi mogla biti igla, a možda i nije.
Zašto je ovo važno i kad ništa ne nađete
Negativni rezultat u fizici čestica nije neuspjeh. Svako isključenje određenog područja parametara sužava prostor u kojem se rješenje može skrivati. H.E.S.S. je ovom analizom prvi put doveo u pitanje takozvani termalni Higgsino, jednu od predloženih varijanti čestica tamne materije, pod modelima raspodjele tamne materije u galaksiji koje su ispitivali.
Drugim riječima: ako tamna materija postoji u tom obliku, sada znamo da je mora biti manje ili da se anihilira drukčije nego što se mislilo.
Ovo nije prvi put da se središte Mliječne staze promatra s nadom da će se pronaći trag tamne materije. Godinama su se vodile rasprave o takozvanom galaktičkom centru kao „najperspektivnijoj meti” za detekciju WIMP-ova. Rezultati su se redovito kretali između neuvjerljivih naznaka i potpunih isključenja. H.E.S.S. sada je dodao još jedno isključenje — ali s najstrožim brojkama do sada.
Postavlja se pitanje koje izvještaj o rezultatima ne postavlja: ako se nakon dva desetljeća promatranja i najbolje pozicioniranog instrumenta na južnoj hemisferi ne nalazi ništa, koliko je još prostora za WIMP hipotezu prije nego što je treba ozbiljno preispitati?
Što dolazi sljedeće
Odgovor kolaboracije je: više i bolje. Čerenkovski teleskopski niz CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory) gradi se na dva lokaliteta — CTAO-South u Paranalu u Čileu i CTAO-North na La Palmi na Kanarskim otocima. Prema riječima Emmanuela Moulina iz iste kolaboracije, novi sustav imat će veće vidno polje, bolju kutnu i energetsku rezoluciju te veću osjetljivost od postojećih instrumenata.
Drugim riječima, H.E.S.S. je odradio pripremni posao. Njegov program promatranja galaktičkog centra postaje naslijeđe na kojem će se graditi sljedeća generacija potrage.
Ali treba biti iskren: ako CTAO također ne nađe ništa, pitanje više neće biti „gdje je signal” nego „je li WIMP paradigma uopće ispravan put”. Fizika tamne materije mogla bi se naći pred najvećim zaokretom u posljednjih pedeset godina — ili pred još jednim ciklusom skupljih teleskopa i istih praznih rezultata.
0 komentara
Još nema komentara. Budite prvi.