Tým Fermi Space Telescope našel na obloze temné galaxie bez hvězd, ale doutnající temné hmoty. Objevitelé dosud v hledání nevěří a je nemožné samostatně ověřit jejich výsledky - vědci nezveřejňují, kde jsou kandidáti
Kromě velkého konfliktu dvou kultur - „fyziků a textářů“, který uvedl do oběhu Brit Charles Charles Snow přesně před 50 lety, po staletí dochází také k malému konfliktu týkajícímu se výhradně „fyziků“. Je to střet mezi teorií a experimentem, ve kterém bývalí obvykle hrají roli bezohledných liberálů a druhé jako odpovědní konzervativci.
V posledních několika letech v astrofyzice se tento konflikt nikde neprojevil tak jasně, jako v historii částic temné hmoty, jejichž transformace na látku, na kterou jsme zvyklí, někteří vědci vidí, zatímco jiní ne. Obě víry jsou založeny na stejných datech.
Paparazzi a PAMELA
Rozpad a zničení
Rozpad se nazývá spontánní rozpad částic, jako je rozpad jádra uranu nebo neutronu, který zanechává atomové jádro. Zničení je vzájemné zničení částic, když se setkají, například zničení elektronu a pozitronu a obecně hmoty a antihmoty.
Rychlost rozkladu závisí pouze na počtu nestabilních částic a signál ničení určuje frekvenci vzájemných srážek částic. Rychlost úpadku je proto úměrná hustotě a rychlost zničení je úměrná čtverci tohoto množství. Astronomové tak doufají, že v observačních datech odliší zničení od rozpadu.
Největší napětí vášně bylo dosaženo v polovině roku 2008, kdy mezinárodní vědecký experiment PAMELA na palubě ruského satelitu Resurs-DK objevil nadbytek vysokoenergetických pozitronů v blízkosti Slunce. Mohly by se narodit během spontánního rozkladu nebo vzájemného ničení exotických částic, které mají tvořit temnou hmotu.
Samozřejmě jsou možná jiná vysvětlení, ale vyhlídka na „nevidění“neviditelné hmoty byla tak atraktivní, že za účelem získání nezveřejněných údajů PAMELA, o nichž se v astrofyzikálním prostředí šíří zvěsti, mnoho mladých teoretiků vyšlo najevo. Někteří dokonce fotografovali nepublikované grafy PAMELA na mobilních telefonech během zpráv účastníků projektu na konferencích a na základě těchto dat psali teoretické články. Takové statečné duše, porušující nepsaná etická pravidla vědecké komunity, byly dokonce přezdívány „vědecké paparazzi“.
V důsledku toho byla data PAMELA formálně zveřejněna, stále však nemají jednoznačnou interpretaci. Někdo si myslí, že se jedná o stopy tmavých částic, někdo obviňuje neutronové hvězdy v blízkosti Slunce za jejich vzhled, někdo obecně věří, že mluvíme o nezjištěných systematických chybách v provozu zařízení PAMELA.
Mlha, mlha
Mnozí doufali, že situace bude objasněna spuštěním Fermiho vesmírné observatoře, která detekuje fotony velmi vysokých energií. Mohou se dobře vyrábět, když obyčejné světlo interaguje s vysokoenergetickými nabitými částicemi (jedná se o tzv. Comptonův zpětný rozptyl). A tak vědci doufali, že situaci PAMELA objasní.
WMAP Haze WMAP
našel přebytek mikrovlnného záření ze středu galaxie - tzv. „WMAP haze“, který zůstává v datech po odečtení všech známých mikrovlnných zdrojů od nich. Jedním z nejpravděpodobnějších vysvětlení je synchrotronové záření energetických elektronů navíjející se na indukční linii mezihvězdných magnetických polí. Přesně na stejných elektronech lze pomocí inverzního Comptonova efektu vyrobit fotony s vysokou energií, které Fermi vidí.
Pokud se částice temné hmoty skutečně stanou zdrojem energetických pozitronů a elektronů, měly by se rodit častěji přesně tam, kde je více temné hmoty. Podle moderních konceptů jsou taková místa považována za centra galaxií. Astronomové se tedy těšili, až uvidí Fermiho směřovat k srdci naší Mléčné dráhy. Astronomové navíc před několika lety z kosmické lodi WMAP dostali náznak velkého počtu elektronů.
Propagační video:
Fermi vstoupil na oběžné dráze v červnu 2008 a začal shromažďovat vědecké údaje o několik měsíců později. Podle pravidel skupiny se data z dalekohledu objevují ve veřejném prostoru až rok poté, co jsou přijata, aby „jejich“teoretici mohli z nich odebrat hlavní vědecký krém. Rok se krátil na začátku podzimu, ale jedna skupina teoretiků nečekala a téměř opakovala příběh s „vědeckými paparazzi“. Podle článku, který se objevil v červenci, Fermi vidí nadměrné záření vůči galaktickému centru. Předběžná analýza navíc ukázala, že toto záření může být generováno na přesně stejných částicích, které projekt PAMELA zachytil.
Když však byla Fermiho data publikována, vědci opakovali svou analýzu a sebejistěji uvedli: kromě „zákalu WMAP“existuje také „zákal Fermi“, do kterého dobře zapadá teorie rozpadu nebo zničení temné hmoty. Tato práce, vedená Gregorym Doblerem z Harvardského centra pro astrofyziku, se již stydí ani za odkaz na seriózní vědce, i když její výsledky se příliš neliší od závěrů z předchozí práce téže skupiny.
Pane Ne
Existuje však jedna důležitá námitka. I když v oblasti galaktického centra existuje velké množství elektronů a pozitronů s vysokou energií (a o tom jsou stále menší a menší pochybnosti), je třeba ještě prokázat jejich původ z částic temné hmoty. V zásadě mohou mít jiné zdroje - například rázové vlny způsobené výbuchy supernov nebo všechny stejné neutronové hvězdy, které zůstávají v místě takových explozí. Střed galaxie by se měl hemžit oběma - jednoduše proto, že existuje tolik hvězd, z nichž některé dříve či později explodují. A i když alternativní modely by měly být docela „přitažlivé“, pro mnohé je to stále přijatelnější vysvětlení než nějaký druh temné hmoty.
„Dobler a společnost šli na tenký led,“varoval Elliot Bloom, jeden z mála čistých teoretiků experimentálního týmu Fermi, poté, co byl jejich článek publikován. Ve svém srdci se tato osoba pravděpodobně musí potýkat se sebou samým - teoretikem, který věnoval polovinu svého života vyhlídkám na nepřímé vysvětlení povahy temné hmoty, nedávno se stal „panem Ne“spolupráce s Fermi. Právě on musí často komentovat díla, jako je Doblerův článek, a přesvědčit kolegy a novináře, že závěry „povýšených“jsou přinejmenším předčasné.
Je ironií, že to je Bloomova práce (pdf soubor), představená jménem spolupráce ve formě plakátu na sympoziu Fermi 2009 ve Washingtonu, že může začít další epizoda v historii detekce observace temné hmoty. Výsledky této práce upozornily na slavné ohnisko fyzických pověstí - blog Resonaances, který udržuje polský fyzik Adam Falkowski z Americké univerzity Rutgers University.
Tmavé galaxie
Substrukturní problém
Rozdíl mezi predikovanou teorií a skutečným počtem trpasličích satelitů v Mléčné dráze a dalších galaxiích se nazývá substrukturní problém. Jeho standardním řešením je, že kolem nás jsou trpasličí galaxie, ale v nich se netvoří hvězdy.
Nedávné důkazy naznačují, že takové vysvětlení může skutečně fungovat: nejmenší z nedávno objevených satelitů naší galaxie se skutečně skládá pouze z několika stovek hvězd. Ale jejich hmotnost (lze ji odhadnout pohybem hvězd) je mnohem větší. Předpokládá se, že většina je obsažena v temné hmotě.
Bloom správně odůvodnil: Aby se vyloučila alternativa se zrychlením elektronů na rázových vlnách, musíme se podívat, kde supernovy nevybuchují. Ideálně - tam, kde nejsou vůbec žádné hvězdy, by měla být temná hmota. Podle teorie by takové bezhvězdné temné hmoty temné hmoty měly skutečně obklopovat naši galaxii - teorie předpovídá tucet nebo dvakrát více trpasličí galaxie, než je ve skutečnosti pozorováno.
Aby Bloom a jeho kolega Pin Wan zjistili, co hvězdy neosvětlují, museli při hledání rozšířených objektů, jejichž gama záření odpovídá modelu rozkladu nebo zničení částic temné hmoty, projít celým datovým archivem Fermi. Tyto objekty by se navíc neměly shodovat se známými zdroji a tok fotonů z nich by se neměl časem měnit.
Bloom a Wang našli 54 rozšířených zdrojů, které vyčnívaly alespoň čtyři standardní odchylky nad pozadím. Po prozkoumání každé z nich postupně vědci odmítli 50 potenciálních „hvězdných galaxií“, protože nesplnili vybraná kritéria. Zbývají čtyři, která splňují kritéria. Nad pozadím všichni nevyčnívají ani o čtyři, ale alespoň o pět směrodatných odchylek.
Bloom přesto oblékl masku „Mr. No“a dospěl k závěru, že za prvních deset měsíců nebyly ve Fermiho datech detekovány žádné nové temné trpaslíky. Hlavním argumentem uváděným vědcem je rozpor mezi spektry těchto zdrojů s vybranými teoretickými modely rozkladu temné hmoty.
Jemná otázka
Ale to je směšné, myslí si Falkovsky, - dejte normálnímu teoretikovi téměř jakékoli spektrum ve svých rukou a za 15 minut přijde s modelem, který bude toto spektrum popisovat. Asi 15 minut je samozřejmě umělecké přehánění, ale modely rozpadu a zničení zatím skutečně poskytují velmi široký prostor pro teoretický manévr.
Možná proto Bloom nedává spektra. Ve své práci nedává souřadnice kandidátů ani jiné údaje o nich.
To vše je velmi zajímavé, věří Falkovsky. Bloom netvrdí, že neexistují žádné temné galaxie, pouze tvrdí, že „nebyly nalezeny v Fermiho datech za prvních deset měsíců“. Nikdo neví, co se stane s daty pro příští roky. Je jasné, že Bloom jako člen spolupráce s Fermi k nim bude mít přístup před kýmkoli jiným.