Središte Mliječne staze šalje zagonetne signale a ova teorija nudi odgovor

U središtu Mliječne staze već se dugo pojavljuju signali koje astrofizičari ne uspijevaju do kraja uklopiti u poznatu sliku galaksije. Riječ je o višku gama-zračenja i još nekoliko neobičnih tragova iz galaktičke jezgre koji na prvi pogled ne moraju imati isti uzrok. Sada istraživači sa sveučilišta King’s College London predlažu model koji bi jednim potezom mogao objasniti barem dvije od tih zagonetki, a možda znatno pridonijeti i trećoj. U središtu njihove ideje nalazi se posebna, međudjelujuća varijanta takozvane pobuđene tamne tvari.

Tamna tvar i dalje je hipotetska. Nitko je još nije izravno otkrio, ali suvremena kozmologija polazi od toga da je u svemiru ima otprilike pet puta više nego obične tvari od koje su građeni ljudi, planeti i zvijezde. Obična tvar sudjeluje u četirima temeljnim silama prirode, gravitacijskoj, elektromagnetskoj te jakoj i slaboj nuklearnoj sili. Tamna tvar, barem prema standardnoj slici, svoj trag ostavlja prije svega kroz gravitaciju. Upravo zato ostaje nevidljiva, ali istodobno snažno oblikuje galaksije.

Gravitacijska uloga

Zbog te gravitacijske uloge tamna tvar oko galaksija stvara goleme halo-omotače, a u njihovim središtima njezina gustoća dodatno raste. U samoj jezgri Mliječne staze, prema novom modelu, čestice tamne tvari ne bi bile samo zbijenije nego bi se i gibale većim brzinama. To otvara prostor za procese koji drugdje možda ne bi bili dovoljno izraženi.

Autori rada polaze od pretpostavke da su te čestice u osnovnom stanju, dakle u svojoj najnižoj energijskoj razini. No ako među njima djeluje peta, zasad nepoznata sila, tada se pri sudaru mogu prebaciti u pobuđeno stanje. Takvo stanje nije stabilno. Nakon nekog vremena raspada se i pritom ostavlja tragove koje bi astronomi mogli registrirati kao neobične signale iz galaktičkog središta.

Kao i druge sile u fizici, i ova bi morala imati svoju posredničku česticu. Elektromagnetizam, primjerice, prenose fotoni. U predloženom scenariju najveći dio raspada pobuđene tamne tvari dao bi upravo tog nepoznatog posrednika. No jedan dio raspada mogao bi proizvesti i elektron te pozitron, njegovu antimaterijsku inačicu. Upravo su ti pozitroni ključni dio priče jer bi mogli objasniti više promatranih signala iz područja nižih energija u središtu galaksije.

Tri traga, jedan mogući uzrok

Prema riječima suautora rada, dr. Shyama Balajija, u središtu Mliječne staze vide se tri signala koji su dosad uglavnom djelovali kao odvojeni problemi. To su emisijska linija na 511 keV, gama-kontinuum oko 2 MeV te neobična ionizacija plina u Središnjoj molekularnoj zoni, gustom području plina i prašine u blizini galaktičke jezgre. Nova ideja ne tvrdi da je sve riješeno, ali sugerira da bi barem dva od ta tri fenomena mogla imati zajednički izvor, a treći bi se mogao uklopiti kao dio iste šire slike.

Mehanizam je, barem na papiru, elegantan. Ako u središtu galaksije doista nastaje višak pozitrona, oni nakon nastanka počinju gubiti energiju dok se udaljavaju od mjesta na kojem su proizvedeni. Kada dovoljno uspore i zatim naiđu na elektron, mogu zajedno stvoriti kratkotrajno vezano stanje poznato kao pozitronij. Njegov raspad proizvodi foton energije 511 keV, vrlo specifičan potpis koji fizičarima već dugo privlači pozornost.

Ako, međutim, pozitron sretne elektron dok još nosi previše energije, ishod može biti snažnije gama-zračenje koje se uklapa u kontinuum oko 2 MeV. Isti osnovni proces tako bi, ovisno o energiji čestica u trenutku susreta, mogao voditi prema dvama različitim opažanjima. Upravo je to razlog zašto model privlači pažnju, ne pokušava zakrpati samo jednu anomaliju, nego povezati više njih u istu fizičku priču.

Treći trag tiče se plina u Središnjoj molekularnoj zoni. Nastanak para tvari i antimaterije, elektrona i pozitrona, mogao bi pridonijeti i ionizaciji toga plina, odnosno procesu u kojem atomima bivaju izbijeni elektroni. U ovom slučaju to bi činila vrlo energična svjetlost nastala u tim događajima. Drugim riječima, model ne nudi samo moguće objašnjenje za dva signala gama-zračenja nego i razlog zbog kojeg je plin u tom dijelu galaksije ioniziran više nego što se očekuje.

Balaji je u razgovoru za IFLScience sažeo smisao takvog rada gotovo detektivski: teorija i opažanja moraju se spajati trag po trag, dok se ne vidi kamo svi dokazi zajedno vode. Upravo zato je ovakav model zanimljiv čak i ako se na kraju pokaže da tamna tvar nije glavni krivac. Njegova vrijednost je u tome što precizno povezuje ono što se promatra s onim što bi se, barem u teoriji, moglo događati u srcu naše galaksije.

Rad je objavljen u časopisu The Astrophysical Journal Letters, a konačan odgovor vjerojatno će dati tek nova generacija opservatorija. Oni bi u nadolazećim godinama trebali ponuditi detaljniji pogled u središte Mliječne staze i pomoći razlučiti gledamo li doista potpis neobične tamne tvari ili neki sasvim drukčiji, još neprepoznat proces. Za sada je barem jasno da galaktička jezgra i dalje skriva više pitanja nego odgovora, a ovo je jedan od rijetkih modela koji nekoliko tih pitanja pokušava spojiti u istu zagonetku