Fermi kosmoseteleskoobi meeskond on taevast leidnud tumedaid galaktikaid, millel pole tähti, vaid tumeaine haiseb. Avastajad ei usu veel leitu ja nende tulemusi on võimatu iseseisvalt kontrollida - teadlased ei avalda, kus kandidaadid asuvad
Lisaks kahe kultuuri - "füüsikute ja lüürikute" - konfliktile, mille britt Charles Snow täpselt 50 aastat tagasi ringlusse tõi, on sajandeid olnud ka väike konflikt, mis puudutab ainult "füüsikuid". See on kokkupõrge teooria ja eksperimendi vahel, milles esimesed mängivad tavaliselt hoolimatute liberaalide ja viimased vastutustundlike konservatiividena.
Viimasel paaril aastal astrofüüsikas pole see konflikt kuskil nii selgelt ilmnenud, nagu tumeda aine osakeste ajaloos, mille muundamine aineks, millega oleme harjunud, näevad mõned teadlased, teised aga mitte. Mõlemad veendumused põhinevad samadel andmetel.
Paparazzi ja PAMELA
Lagunemine ja hävitamine
Lagunemist nimetatakse osakeste spontaanseks lagunemiseks, nagu uraanituuma või neutroni lagunemine, mis jätab suvalise aatomituuma. Hävitamine on osakeste vastastikune hävitamine, kui nad üksteisega kohtuvad, näiteks elektroni ja positroni ning üldiselt mateeria ja antimaterjali hävitamine.
Lagunemiskiirus sõltub ainult ebastabiilsete osakeste arvust ja hävimissignaal määrab osakeste kokkupõrke sageduse. Seetõttu on lagunemiskiirus võrdeline tihedusega ja hävimiskiirus on võrdeline selle koguse ruuduga. Nii loodavad astronoomid vaatlusandmetes eristada hävitamist lagunemisest.
Suurim kirepinge jõudis 2008. aasta keskpaigas, kui Venemaa satelliidi Resurs-DK pardal olnud rahvusvaheline teaduslik eksperiment PAMELA avastas Päikese läheduses liigse hulga kõrge energiaga positrone. Need võisid sündida eksootiliste osakeste spontaanse lagunemise või vastastikuse hävimise ajal, mis väidetavalt moodustavad tumeaine.
Muidugi on võimalikud ka muud seletused, kuid väljavaade nähtamatut ainet "näha" oli sedavõrd ahvatlev, et avaldamata PAMELA andmete saamiseks, mille kohta kuulujutud astrofüüsikalises keskkonnas ringlesid, läksid paljud noored teoreetikud kõik välja. Mõned pildistasid konverentsidel projektis osalejate ettekannete ajal isegi mobiiltelefonides avaldamata PAMELA graafikuid ja kirjutasid nende andmete põhjal teoreetilisi artikleid. Sellised vaprad hinged, rikkudes teadusringkondade kirjutamata eetikareegleid, on isegi hüüdnimega "teaduslikud paparatsod".
Selle tulemusel avaldati PAMELA andmed sellegipoolest ametlikult, kuid neil puudub ikkagi ühemõtteline tõlgendus. Keegi arvab, et need on tumedate osakeste jäljed, keegi süüdistab nende ilmnemises Päikese läheduses asuvaid neutronitähti, keegi usub üldiselt, et me räägime PAMELA seadme tööta jätmata süstemaatilistest vigadest.
Udu, udu
Paljud lootsid, et olukorda saab selgeks Fermi kosmosevaatluskeskuse käivitamine, mis tuvastab väga kõrge energiaga footonid. Neid võib saada tavalise valguse interaktsioonil suure energiatarbega laetud osakestega (see on nn Comptoni tagasipööramine). Ja nii lootsid teadlased olukorda PAMELA andmetega selgitada.
WMAP Haze WMAP
leidis galaktilisest keskusest ülemäärase mikrolainekiirguse - niinimetatud "WMAP ähmase", mis jääb andmetele pärast kõigi teadaolevate mikrolaineallikate lahutamist neilt. Selle üheks kõige tõenäolisemaks seletuseks on tähtedevaheliste magnetväljade induktsioonijoonel keerlevate energeetiliste elektronide sünkrotronkiirgus. Täpselt samadel elektronidel saab Comptoni pöörd-efekti abil tekitada suure energiaga footoneid, mida Fermi suudab näha.
Kui tumeda aine osakesed saavad tõesti energeetiliste positronite ja elektronide allikaks, peaksid nad sündima sagedamini täpselt seal, kus on rohkem tumedat ainet. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt peetakse selliseid kohti galaktikate keskusteks. Niisiis ootasid astronoomid huviga, kuidas Fermi astub meie oma Linnutee südame poole. Veelgi enam, astronoomid said mitu aastat tagasi WMAP-i kosmoseaparaadilt vihje suure hulga elektronide kohta.
Reklaamvideo:
Fermi astus orbiidile 2008. aasta juunis ja hakkas mõni kuu hiljem koguma teaduslikke andmeid. Rühma reeglite kohaselt ilmuvad teleskoobi andmed avalikus ruumis alles aasta pärast nende kättesaamist - selleks, et "nende" teoreetikud saaksid neilt peamise teadusliku koore ära koorida. Aasta sai otsa varasügisel, kuid üks rühm teoreetikuid ei oodanud ja kordas peaaegu lugu "teaduslike paparatsidega". Juulis ilmunud artikli kohaselt näeb Fermi galaktikakeskuse suunas liigset kiirgust. Lisaks näitas esialgne analüüs, et see kiirgus võib tekkida täpselt samadel osakestel, mida PAMELA projekt püüdis.
Kui Fermi andmed sellegipoolest avaldati, kordasid teadlased oma analüüsi ja tõdesid juba enesekindlamalt: lisaks "WMAP-udule" on ka "Fermi-ähm", millesse sobib hästi tumeaine lagunemise või hävitamise teooria. See Harvardi astrofüüsikakeskuse Gregory Dobleri juhitud töö ei häbene enam viidata isegi tõsistele teadlastele, ehkki selle tulemused ei erine liiga palju sama grupi eelmise töö järeldustest.
Mister Ei
Siiski on üks oluline hoiatus. Isegi kui galaktilise keskpunkti piirkonnas eksisteerib suur hulk kõrge energiaga elektrone ja positrone (ja selles on vähem ja vähem kahtlusi), tuleb nende päritolu tumeda aine osakestest siiski tõestada. Põhimõtteliselt võib neil olla muid allikaid - näiteks supernoova plahvatuste lööklained või kõik samad neutronitähed, mis jäävad selliste plahvatuste kohale. Galaktika keskpunkt peaks olema mõlemast koosnev - lihtsalt seetõttu, et on nii palju tähti, millest mõni varem või hiljem plahvatab. Ja ehkki alternatiivsed mudelid peaksid olema üsna kaugelt otsitavad, on see paljude jaoks siiski vastuvõetavam seletus kui mingi tume aine.
"Dobler ja ettevõte on astunud õhukesele jääle," hoiatas Elliot Bloom, kes on üks vähestest Fermi eksperimentide meeskonna puhastest teoreetikutest, pärast nende artikli avaldamist. Oma südames peab see inimene ilmselt iseendaga vaeva nägema - teoreetik, kes pühendas poole oma elust tumeaine olemuse kaudse seletuse väljavaadetele, sai temast hiljuti Fermi koostöö "hr Ei". Just tema peab kõige sagedamini kommenteerima selliseid teoseid nagu Dobleri artikkel ning veenma kolleege ja ajakirjanikke, et "ülesastumiste" järeldused on vähemalt ennatlikud.
Irooniline on see, et Washingtonis Fermi 2009 sümpoosionil tehtud koostöö nimel plakati vormis esitatud Bloomi teos (pdf-fail) võib alata järjekordse episoodi vaatlusliku tumeaine tuvastamise ajaloos. Selle töö tulemused juhtisid tähelepanu kuulsale füüsiliste kuulujuttude kuumaalusele - ajaveebi Resonaances, mida peab poola füüsik Adam Falkowski Ameerika Rutgersi ülikoolist.
Tumedad galaktikad
Alamstruktuuri probleem
Erinevust ennustatud teooria ja Linnutee ja teiste galaktikate kääbussatelliitide tegeliku arvu vahel nimetatakse alamstruktuuri probleemiks. Selle standardlahendus on see, et meie ümber on kääbusgalaktikad, kuid tähtedes neid ei moodustu.
Värskeimad tõendid viitavad sellele, et selline seletus võib tõepoolest toimida: meie galaktika hiljuti avastatud satelliitidest koosneb tõesti kõigest paarsada tähte. Kuid nende mass (seda saab hinnata tähtede liikumise järgi) on palju suurem. Eeldatakse, et suurem osa sellest sisaldub tumedas aines.
Õitsemine oli õigesti põhjendatud: lööklainetel elektronide kiirendusega alternatiivi välistamiseks tuleb vaadata, kuhu supernoovad ei plahvata. Ideaalis - kus pole üldse tähti ja tume aine peaks olema. Teooria kohaselt peaksid sellised tähetud tumeaine halod ümbritsema meie galaktikat - teooria ennustab kümmekond korda rohkem kääbusgalaktikaid kui tegelikult täheldatakse.
Selle leidmiseks, mida tähed ei valgusta, pidid Bloom ja tema kolleeg Pin Wan läbi sirvima kogu Fermi andmearhiivi, otsides laiendatud objekte, mille gammakiirgus vastab tumeaine osakeste lagunemise või hävitamise mudelile. Pealegi ei tohiks sellised objektid langeda kokku teadaolevate allikatega ja neist pärinevate footonite voog ei tohiks aja jooksul muutuda.
Bloom ja Wang leidsid 54 laiendatud allikat, mis paistsid taustast vähemalt neli standardhälvet. Pärast igaühe järjestikust uurimist lükkasid teadlased 50 potentsiaalset "täheta galaktikat" nende valitud kriteeriumidele mittevastavaks. Neid on neli, mis vastavad kriteeriumidele. Tausta kohal eristuvad nad kõik mitte nelja, vaid vähemalt viie standardhälbe võrra.
Sellegipoolest annetas Bloom uuesti maski "Hr ei" ja jõudis järeldusele, et esimese kümne kuu jooksul pole Fermi andmetel uusi tumedaid kääbuseid tuvastatud. Peamine teadlase esitatud argument on nende allikate spektrite erinevus tumeda aine lagunemise valitud teoreetiliste mudelite vahel.
Peen küsimus
Kuid see on naeruväärne, usub Falkovsky, - andke tavalisele teoreetikule peaaegu igas käes olev spekter ja ta pakub teile 15 minutiga välja mudeli, mis kirjeldab seda spektrit. Umbes 15 minutit on muidugi kunstiline liialdus, kuid senised lagunemise ja hävitamise mudelid pakuvad tõepoolest väga laia ruumi teoreetiliseks manööverdamiseks.
Võib-olla sellepärast Bloom spektreid ei anna. Ta ei anna oma töös kandidaatide koordinaate ega mingeid muid andmeid nende kohta.
Kõik see on väga intrigeeriv, usub Falkovsky. Bloom ei ütle, et tumedaid galaktikaid pole olemas, ta väidab vaid, et "neid ei leitud Fermi andmetest esimese kümne kuu jooksul". Keegi ei tea, mis juhtub järgmiste aastate andmetega. Selge on see, et Bloomil kui Fermi koostöö liikmel on neile juurdepääs enne kedagi teist.
