Iz središta Mliječne staze već godinama dolazi višak gama-zraka koji astronomi ne mogu jednostavno objasniti. Signal možda potječe od poznatih zvjezdanih ostataka, ali postoji i uzbudljivija mogućnost: mogao bi biti jedan od prvih stvarnih tragova tamne tvari.
Tamna tvar jedna je od najtvrdokornijih zagonetki moderne astrofizike. Ne vidi se teleskopima, ne emitira svjetlost i ne može se izravno uhvatiti instrumentima kojima promatramo zvijezde, maglice i galaksije. Ipak, njezin gravitacijski učinak pojavljuje se posvuda.
Galaksije se okreću prebrzo da bi ih na okupu mogla držati samo vidljiva tvar. Svjetlost se u svemiru savija jače nego što bi se očekivalo prema masi zvijezda, plina i prašine. U velikim skupovima galaksija gibanje galaksija također pokazuje da ondje mora postojati dodatna masa.
Prema današnjim procjenama, oko 85 posto sve tvari u svemiru čini upravo tamna tvar. To ne znači da znanstvenici znaju što je ona. Naprotiv, najvjerojatnije je riječ o nepoznatim česticama koje još nisu otkrivene.
Njezina uloga nije mala. U ranom svemiru tamna tvar pomogla je običnoj tvari da se skuplja u prve velike strukture. Bez nje bi nastanak prvih galaksija i zvijezda izgledao drukčije, a možda se ne bi odvijao tempom koji danas vidimo u kozmološkim modelima.
Gama-zrake iz središta galaksije ne daju mira astronomima
Jedan od najzanimljivijih tragova dolazi iz samog središta Mliječne staze. NASA-in teleskop Fermi-LAT, koji od 2008. promatra nebo u gama-zrakama, ondje bilježi višak zračenja koji se ne uklapa lako u poznatu sliku.
Gama-zrake su najenergičniji oblik svjetlosti. Nastaju u ekstremnim svemirskim procesima, pa se u početku svaki takav signal mora tumačiti oprezno. Središte naše galaksije nije mirno mjesto. Ondje se nalaze guste populacije zvijezda, ostaci eksplodiranih zvijezda, crne rupe, pulsari i drugi izvori visokoenergetskog zračenja.
No upravo je to područje i jedno od mjesta na kojima bi tamne tvari trebalo biti mnogo. Ako se čestice tamne tvari međusobno poništavaju, odnosno anihiliraju, mogle bi proizvoditi gama-zrake. Takav signal ne bi pokazao tamnu tvar izravno, ali bi mogao odati gdje je najgušća i kakva su joj svojstva.
Zato je višak gama-zraka iz središta Mliječne staze toliko važan. Možda ga stvaraju pulsari, brzo rotirajuće neutronske zvijezde nastale nakon smrti masivnih zvijezda. Njihovo zračenje može izgledati vrlo slično očekivanom signalu tamne tvari. No ako pulsari nisu cijelo objašnjenje, astronomi bi mogli gledati nešto mnogo dublje.
Male galaksije oko Mliječne staze nude čišći test
Središte Mliječne staze teško je za tumačenje jer je prenapučeno izvorima zračenja. Zbog toga se istraživači okreću patuljastim galaksijama koje kruže oko naše galaksije.
Te su galaksije male, slabe i siromašne zvijezdama, ali prema svemu što znamo sadrže mnogo tamne tvari. U njima nema toliko običnih izvora gama-zraka koji bi zakomplicirali analizu. Za potragu za tamnom tvari to ih čini posebno vrijednima.
Dosad nema potvrđene detekcije. Ipak, analiza istraživača sa Sveučilišta Clemson objavljena u ožujku 2024. pronašla je naznake slabog viška gama-zraka iz skupine takvih patuljastih galaksija. Noviji podaci dodatno su podržali taj rezultat.
Znanstvenici su koristili nove podatke teleskopa Fermi-LAT, ažurirani popis patuljastih galaksija i bolje procjene količine tamne tvari u njima. Kada su signale promatrali zajedno, pojavio se višak gama-zraka koji su ranije analize već naslućivale. Što je više podataka ušlo u računicu, signal je postajao zanimljiviji.
To još nije dokaz tamne tvari. Takva tvrdnja traži iznimno čvrste podatke. No postoji detalj koji ovu priču čini posebno napetom: svojstva signala iz patuljastih galaksija nalikuju onome što Fermi vidi u središtu Mliječne staze.
Ako oba signala imaju isti uzrok, objašnjenje s tamnom tvari postaje teže ignorirati.
Novi teleskopi mogli bi presuditi između pulsara i tamne tvari
Sljedeće godine mogle bi donijeti ključnu provjeru. Fermi-LAT nastavlja prikupljati podatke, a dulje promatranje pomaže u izdvajanju slabih signala iz pozadinskog šuma.
Važan je i Opservatorij Vera C. Rubin u Čileu. Očekuje se da će pronaći nove patuljaste galaksije oko Mliječne staze. Svaka od njih može postati novo mjesto za provjeru istog obrasca. Ako se višak gama-zraka ponavlja u galaksijama bogatima tamnom tvari, a siromašnima običnim izvorima zračenja, slučaj postaje znatno snažniji.
Drugi važan instrument bit će NASA-ina misija COSI, odnosno Compton Spectrometer and Imager, čije je lansiranje planirano za 2027. godinu. COSI će promatrati gama-zrake na drukčiji način i mogao bi pomoći u razjašnjavanju još jedne stare zagonetke iz središta Mliječne staze.
Ondje postoji sjaj povezan s anihilacijom elektrona i pozitrona, čestica materije i antimaterije. Taj je signal poznat više od 50 godina, ali znanstvenici još ne znaju odakle dolaze pozitroni koji ga stvaraju. Ako COSI uspije precizno mapirati tu emisiju, moglo bi se pokazati je li riječ o poznatim astrofizičkim izvorima ili o nečemu povezanom s tamnom tvari.
Za sada ostaje napeta mogućnost, ne otkriće. Astronomi imaju signal u središtu galaksije, slab trag u patuljastim galaksijama i novu generaciju instrumenata koja bi mogla pokazati gledamo li konačno potpis nevidljive tvari koja oblikuje svemir.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
