„Fermi“kosminio teleskopo komanda danguje rado tamsias galaktikas, kuriose nėra žvaigždžių, o tamsioji medžiaga kvepia. Atradėjai kol kas netiki radiniu ir neįmanoma savarankiškai patikrinti jų rezultatų - mokslininkai neatskleidžia, kur yra kandidatai
Be didelio dviejų kultūrų - „fizikų ir lyrikų“- konflikto, kurį į apyvartą išleido britas Charlesas Snow prieš 50 metų, šimtmečius buvo kilęs ir nedidelis konfliktas, susijęs tik su „fizikais“. Tai teorijos ir eksperimento susidūrimas, kuriame pirmieji dažniausiai vaidina neapgalvotų liberalų, o antrieji - atsakingų konservatorių vaidmenį.
- „Salik.biz“
Per pastaruosius porą metų astrofizikoje šis konfliktas niekur nepasireiškė taip aiškiai, kaip tamsiosios materijos dalelių, kurių virsmą medžiaga, prie kurios esame įpratę, istorijoje, vieni mokslininkai mato, o kiti - ne. Abu įsitikinimai grindžiami tais pačiais duomenimis.
Paparacai ir PAMELA
Skilimas ir sunaikinimas
Skilimas vadinamas savaiminiu dalelių irimu, pavyzdžiui, urano branduolio ar neutrono, kuris paliko bet kurį atominį branduolį, irimu. Panaikinimas yra abipusis dalelių sunaikinimas, kai jos susitinka viena su kita, pavyzdžiui, elektronų ir pozitronų, apskritai, materijos ir antimaterijos sunaikinimas.
Puvimo greitis priklauso tik nuo nestabilių dalelių skaičiaus, o sunaikinimo signalas lemia dalelių susidūrimų tarpusavyje dažnį. Todėl skilimo greitis yra proporcingas tankiui, o sunaikinimo greitis yra proporcingas šio kiekio kvadratui. Taip astronomai tikisi stebėjimo duomenimis atskirti sunaikinimą nuo skilimo.
Didžiausia aistros įtampa pasiekta 2008 m. Viduryje, kai tarptautinis mokslinis eksperimentas PAMELA, esantis Rusijos palydove „Resurs-DK“, Saulės apylinkėse aptiko perteklių aukštos energijos pozitronų. Jie galėjo būti gimę savaiminio egzotinių dalelių, kurios, kaip manoma, sudaro tamsiąsias medžiagas, irimo ar sunaikinimo metu.
Žinoma, galimi ir kiti paaiškinimai, tačiau perspektyva „pamatyti“nematomą materiją buvo tokia patraukli, kad norint gauti neskelbtus PAMELA duomenis, gandus, apie kuriuos sklinda astrofizinė aplinka, daugelis jaunų teoretikų viską išvijo. Kai kurie projekto dalyvių pranešimų konferencijose metu netgi fotografavo neskelbtus PAMELA žemėlapius mobiliuosiuose telefonuose ir, remdamiesi šiais duomenimis, parašė teorinius straipsnius. Tokios drąsios sielos, pažeidžiančios nerašytas mokslo bendruomenės etikos taisykles, netgi pravardžiuojamos „moksliniais paparaciais“.
Todėl PAMELA duomenys vis dėlto buvo oficialiai paskelbti, tačiau jie vis dar neturi vienareikšmio aiškinimo. Kažkas mano, kad tai yra tamsių dalelių pėdsakai, kažkas dėl savo išvaizdos kaltina šalia Saulės esančias neutronines žvaigždes, kažkas apskritai mano, kad mes kalbame apie nepastebėtas sistemines klaidas veikiant PAMELA įrangai.
Rūkas, rūkas
Daugelis tikėjosi, kad padėtis paaiškės pradėjus veikti Fermi kosmoso observatorijai, kuri aptinka labai didelės energijos fotonus. Jie gali būti gaminami, kai įprasta šviesa sąveikauja su didelę energiją turinčiomis dalelėmis (tai yra vadinamasis „Compton“atgalinis pūtimas). Būtent taip mokslininkai tikėjosi išsiaiškinti situaciją su PAMELA duomenimis.
„WMAP Haze“WMAP
rado mikrobangų spinduliuotės perteklių iš „Galaxy“centro - vadinamąjį „WMAP miglą“, kuris lieka duomenyse atėmus iš jų visus žinomus mikrobangų šaltinius. Vienas iš labiausiai tikėtinų jo paaiškinimų yra energetinių elektronų sinchrotrono spinduliuotė, vykstanti tarpžvaigždinių magnetinių laukų indukcijos linijoje. Tiksliai ant tų pačių elektronų, naudojant atvirkštinį Komptono efektą, gali būti generuojami didelės energijos fotonai, kuriuos Fermi sugeba pamatyti.
Jei tamsiosios medžiagos dalelės iš tikrųjų tampa energetinių pozitronų ir elektronų šaltiniu, tada jos turėtų gimti dažniau ten, kur yra daugiau tamsiosios medžiagos. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, tokios vietos laikomos galaktikų centrais. Taigi astronomai tikėjosi pamatyti Fermi link mūsų pačių Pieno kelio širdies. Be to, astronomai prieš keletą metų iš WMAP erdvėlaivio gavo užuominą apie daugybę elektronų.
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Fermi“įžengė į orbitą 2008 m. Birželio mėn. Ir po kelių mėnesių pradėjo rinkti mokslinius duomenis. Pagal grupės taisykles, teleskopo duomenys viešojoje erdvėje pasirodo tik po metų nuo jų gavimo - kad „jų“teoretikai galėtų iš jų nugriebti pagrindinį mokslinį kremą. Metai pasibaigė ankstyvą rudenį, tačiau viena grupė teoretikų nelaukė ir beveik pakartojo istoriją su „moksliniais paparaciais“. Pasak liepos mėnesį pasirodžiusio straipsnio, „Fermi“mato radiacijos perteklių galaktikos centro link. Be to, išankstinė analizė parodė, kad ši spinduliuotė gali būti generuojama lygiai tose pačiose dalelėse, kurias pagavo PAMELA projektas.
Kai vis dėlto buvo paskelbti „Fermi“duomenys, mokslininkai pakartojo savo analizę ir užtikrintai pareiškė: be „WMAP miglos“yra ir „Fermi migla“, kuriai tinka tamsiosios medžiagos irimo ar sunaikinimo teorija. Šis darbas, vadovaujamas Gregorio Doblerio iš Harvardo astrofizikos centro, nebesigėdija kreiptis net į rimtus mokslininkus, nors jo rezultatai nė kiek nesiskiria nuo ankstesnių tos pačios grupės darbų išvadų.
„Misteris Ne“
Tačiau yra vienas svarbus įspėjimas. Net jei galaktikos centro regione yra daugybė aukštos energijos elektronų ir pozitronų (ir dėl to abejojama vis mažiau), jų kilmę iš tamsiosios medžiagos dalelių vis tiek reikia įrodyti. Iš esmės jie gali turėti kitų šaltinių - pavyzdžiui, smūgio bangos iš supernovos sprogimų ar visos tos pačios neutroninės žvaigždės, likusios tokių sprogimų vietoje. „Galaktikos“centre turėtų būti abudu - paprasčiausiai todėl, kad yra tiek žvaigždžių, iš kurių kai kurios anksčiau ar vėliau sprogo. Ir nors alternatyvūs modeliai turėtų būti gana „tolimi“, daugeliui tai vis tiek yra priimtinesnis paaiškinimas nei tam tikra tamsiosios medžiagos rūšis.
„Dobleris ir kompanija žengė ant plono ledo“, - po jų straipsnio paskelbimo perspėjo Elliotas Bloomas, vienas iš nedaugelio grynųjų „Fermi“eksperimento komandos teoretikų. Širdyje šis žmogus tikriausiai turi kovoti su savimi - teoretiku, kuris pusę savo gyvenimo skyrė tam tikros tamsiosios medžiagos prigimties netiesioginio paaiškinimo perspektyvoms, jis neseniai tapo „Fermi“bendradarbiavimo „ponu Ne“. Būtent jam dažniausiai tenka komentuoti tokius darbus kaip Doblerio straipsnis ir įtikinti kolegas bei žurnalistus, kad „pakilimų“išvados bent jau per ankstyvos.
Ironiška, kad būtent Bloomo kūrinys (pdf failas), pristatytas bendradarbiaujant kaip plakatas „Fermi 2009“simpoziume Vašingtone, gali prasidėti dar vienu epizodu pasakojime apie tamsiųjų medžiagų stebėjimą. Šio darbo rezultatai atkreipė dėmesį į garsiąją fizinių gandų kaitvietę - tinklaraštį „Rezonansai“, kurį palaiko lenkų fizikas Adomas Falkovskis iš Amerikos Rutgerso universiteto.
Tamsios galaktikos
Substruktūros problema
Neatitikimas tarp numatytos teorijos ir tikrojo nykštukinių palydovų skaičiaus Paukščių Take ir kitose galaktikose yra vadinamas substruktūros problema. Jo standartinis sprendimas yra tas, kad aplink mus yra nykštukinės galaktikos, bet jose žvaigždės nesusidaro.
Naujausi įrodymai rodo, kad toks paaiškinimas iš tiesų gali pasiteisinti: mažiausius iš neseniai atrastų mūsų galaktikos palydovų iš tikrųjų sudaro tik keli šimtai žvaigždžių. Tačiau jų masė (ją galima įvertinti pagal žvaigždžių judesį) yra daug didesnė. Manoma, kad didžiąją jo dalį sudaro tamsiosios medžiagos.
Žydėjimas pagrįstai pagrįstas: norint atmesti alternatyvą su elektronų pagreičiu smūgio bangose, reikia žiūrėti ten, kur supernovos nesprogsta. Idealiu atveju - ten, kur visai nėra žvaigždžių, o tamsiosios medžiagos turėtų būti. Remiantis teorija, tokie bežvaigždiniai tamsiosios medžiagos halosai iš tikrųjų turėtų apsupti mūsų galaktiką - teorija numato keliolika ar daugiau dvigubai nykštukinių galaktikų nei stebima iš tikrųjų.
Norėdami sužinoti, ko žvaigždės nešviečia, Bloomui ir jo kolegai Pinui Wanui reikėjo perbraukti visą „Fermi“duomenų archyvą, ieškant išplėstinių objektų, kurių gama spinduliuotė atitinka tamsiosios medžiagos dalelių skilimo ar sunaikinimo modelį. Be to, tokie objektai neturėtų sutapti su žinomais šaltiniais, o fotonų srautas iš jų neturėtų keistis laikui bėgant.
Bloomas ir Wangas rado 54 išplėstinius šaltinius, išsiskiriančius mažiausiai keturiais standartiniais nuokrypiais virš fono. Ištyrę kiekvieną iš jų iš eilės, mokslininkai atmetė 50 galimų „be žvaigždės galaktikų“kaip neatitinkančias pasirinktų kriterijų. Liko keturios, kurios atitinka kriterijus. Virš fono jie visi išsiskiria net ne keturiais, o mažiausiai penkiais standartiniais nuokrypiais.
Nepaisant to, „Bloom“vėl paaukojo kaukę „Ponas Ne“ir padarė išvadą, kad per pirmuosius dešimt mėnesių „Fermi“duomenyse nebuvo aptikta jokių naujų tamsių nykštukų. Pagrindinis mokslininko pateiktas argumentas yra šių šaltinių spektrų neatitikimas pasirinktiems tamsiosios medžiagos skilimo teoriniams modeliams.
Subtilus klausimas
Bet tai yra juokinga, tikina Falkovskis, - duokite normaliam teoretikui beveik bet kokį spektrą rankose, ir jis per 15 minučių sugalvos jums modelį, kuris apibūdins šį spektrą. Apie 15 minučių, be abejo, yra meninis perdėtas, tačiau kol kas nuosmukio ir sunaikinimo modeliai suteikia labai plačią erdvę teoriniam manevrui.
Galbūt todėl „Bloom“nesuteikia spektrų. Savo darbe jis nenurodo kandidatų koordinačių ar jokių kitų duomenų apie juos.
Visa tai labai intriguoja, įsitikinęs Falkovskis. Bloomas nesako, kad nėra tamsių galaktikų, jis tik teigia, kad „jų nebuvo rasta Fermi duomenyse per pirmuosius dešimt mėnesių“. Niekas nežino, kas bus su kitų metų duomenimis. Aišku tik tai, kad „Bloom“, kaip „Fermi“bendradarbiavimo narė, turės prieigą prie jų anksčiau nei kas nors kitas.