Yeni Gama Işını Sinyali Karanlık Maddenin İlk Doğrudan İşareti Olabilir

Samanyolu'ndan garip bir sinyal yükseliyor

Galaktik merkez, genellikle gökbilimcilerin hassas fiziksel kanıtlar aramak için gittikleri son yerdir. Burası ölü yıldızlar, sıcak gaz ve gürültülü radyasyondan oluşan, parıltıyla dolu bir düğümdür; en hassas sinyallerin arka plan kaosunda kaybolduğu bir bölgedir. Bu nedenle, uydu verilerinin yeni bir analizinde 20 GeV'lik gama ışınlarından oluşan pürüzsüz, hale benzeri bir parıltı ortaya çıktığında, bu durum hemen dikkat çekti.

Bu işaret, NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu tarafından yapılan on yılı aşkın gözlemlerden kaynaklanıyor. Bilinen kaynaklar —pulsarlar, süpernova kalıntıları, kozmik ışın etkileşimleri ve Galaktik düzlemin göz kamaştırıcı kuşağı— hesaba katıldıktan sonra, bir bileşen yok olmayı reddetti. Ve konunun paydaşları için biraz tuhaf bir şekilde, bu durum karanlık madde modellerinin yıllardır öngördüğü şeye dikkat çekici derecede benziyor.

Yeni bir ipucuyla yüzyıllık bir gizem

Karanlık madde fikri, gökbilimcilerin galaksilerin görünür kütlelerinin izin verdiğinden çok daha hızlı döndüğünü fark ettikleri 20. yüzyılın başlarına kadar uzanır. Görünmeyen ve önemli ölçüde daha ağır olan bir şey, eksik olan kütleçekimini sağlıyordu. Takip eden on yıllar bu iddiayı güçlendirdi: kütleçekimsel merceklenme, küme dinamikleri, kozmik mikrodalga arka plan haritaları ve büyük ölçekli yapı simülasyonlarının tümü aynı sonuca işaret ediyor.

Ancak bu kanıtların her biri kütleçekimseldi. Hiç kimse karanlık maddenin başka bir şekilde etkileşime girdiğini gözlemlemedi. İşte bu yüzden kütleçekimsel olmayan bir işaret —özellikle de gama ışınlarında— dönüştürücü bir etkiye sahip olacaktır.

Göz ardı edilemeyecek kadar net bir 20 GeV halesi

Yeni sonuç, Samanyolu merkezinin çevresindeki yaklaşık yüz derecelik bir alanı kapsayan Fermi verilerini analiz eden Tomonori Totani'den geldi. Yöntemi muhafazakârdı: ön planları çıkar, bilinen süreçleri modelle ve geriye ne kaldığına bak.

Geriye kalan, yaklaşık 20 gigaelektronvoltta zirve yapan geniş, simetrik bir yüksek enerjili foton parıltısıydı; bu, birçok karanlık madde modelinin zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıkların (WIMP'ler) yok oluşundan kaynaklanacağını öngördüğü tam noktadır.

Uzamsal örüntü burada önem taşıyor. Bu parıltı, Galaksi'nin karanlık madde halesinin beklenen şeklini yansıtıyor: pürüzsüz, merkez odaklı ve sıradan astrofiziksel kaynakların hakim olduğu bölgelerin çok ötesine uzanan bir yapı. Pulsarlar bu geometriyi üretmez. Gaz etkileşimleri bu kadar uzağa yayılmaz. Süpernova kalıntıları bu kadar düzenli değildir.

Başka bir deyişle, sıra dışı bir şeyler olmadığı sürece orada olmaması gereken bir örüntü söz konusu.

Modellere biraz fazla iyi uyan bir parçacık

Enerji spektrumu, sonucu "ilginç" olmaktan çıkarıp "göz ardı edilmesi zor" bir noktaya taşıyan asıl şey oldu. Gözlemlenen fotonlar, kütlesi bir protonun yaklaşık 500 katı olan varsayımsal WIMP'lerin bottom kuarklar veya W bozonları gibi bilinen parçacıklara dönüşerek yok olmasıyla oluşan spektrumlarla yakından örtüşüyor.

Hatta halenin parlaklığından çıkarılan tahmini yok olma hızı bile, yıllardır alana yön veren teorik tahminlerin içinde rahatlıkla yer alıyor.

Bu tutarlılık tek başına hiçbir şeyi kanıtlamaz, ancak olasılıkları daraltır. Bilinen astrofiziksel süreçler; şekil, enerji zirvesi ve yoğunluğun bu kombinasyonunu yeniden üretmekte zorlanıyor.

Neden hâlâ temkinli yaklaşılıyor?

Karanlık madde araştırmaları, büyük heyecanların ardından gelen hayal kırıklıklarından payını almıştır. Galaktik merkezden, cüce galaksilerden veya parçacık dedektörlerinden gelen umut verici görünen sinyaller; yeniden analiz, geliştirilmiş modelleme veya daha iyi veriler altında eriyip gitmiştir. Bu vaka da bir başkası olabilir.

Totani, yorumun bağımsız olarak test edilmesi gerektiğini vurguluyor. Alternatif ön plan modelleri parıltıyı açıklayabilir. Enstrümantal etkiler elenmelidir. Sinyal bu filtrelerden geçse bile, araştırmacılar sıradan gama ışını kaynaklarının az olduğu benzer ortamları incelemek isteyeceklerdir.

Bu durum, Samanyolu'nun yörüngesinde dönen cüce galaksilere —minimal astrofiziksel karmaşaya sahip, karanlık madde egemenliğindeki sistemlere— işaret ediyor. Eğer bunlar da eşleşen bir 20 GeV parmak izi yayarsa, argüman önemli ölçüde güçlenecektir.

Bir dönüm noktası mı, yoksa daha keskin bir arayışın başlangıcı mı?

Eğer hale gerçekten karanlık madde yok oluşundan kaynaklanıyorsa, bu, standart fizik modelinin ötesindeki bir parçacığın ilk tespiti ve onlarca yılın en önemli kozmolojik keşfi olacaktır.

Eğer açıklanamayan bir astrofiziksel fenomen olduğu ortaya çıkarsa, yine de modelleri geliştirecek ve gelecekteki taramaları keskinleştirecektir. Her iki sonuç da alanı ileriye taşıyacaktır.

Şimdilik gama ışını halesi, merak uyandırıcılık ile kesinlik arasındaki o rahatsız edici boşlukta duruyor; araştırmacıları harekete geçirecek kadar ikna edici, ancak temkinli olmayı gerektirecek kadar belirsiz. Ancak görünmez bir kütlenin peşinde geçen bir yüzyılın ardından, geçici bir ipucu bile avın yeniden canlandığını hissettirmek için yeterli.