1930’ların başında İsviçreli gökbilimci Fritz Zwicki, birçok gökadanın görünür kütlelerinin izin verdiğinden çok daha hızlı hareket ettiğini gözlemledi. Bu olağandışı hareket, onu, bir tür görünmez yapının (karanlık madde), bu galaksileri sağlam tutmak için gereken ekstra çekim kuvvetini sağladığını öne sürmeye yöneltti. Neredeyse bir yüzyıl sonra, NASA’nın Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu bu gizemli maddenin ilk doğrudan kanıtını içerebilir ve sonunda karanlık maddeyi “görme” olasılığını sunabilir.
Karanlık madde, ilk önerildiği günden bu yana astronomide en büyük bilinmeyenlerden biri olmaya devam ediyor. Şimdiye kadar bilim insanları bunun sıradan maddeyi nasıl etkilediğini, örneğin galaksileri bir arada tutmaya yetecek kadar yerçekimi yarattığında, yalnızca dolaylı olarak inceleyebildiler. Karanlık madde parçacıkları elektromanyetik kuvvetle etkileşime girmediği, yani ışığı absorbe etmediği, yansıtmadığı veya yaymadığı için doğrudan tespit mümkün olmadı.
WIMP hipotezi ve tahmin edilen gama ışınları
Pek çok araştırmacı, karanlık maddenin zayıf etkileşime giren büyük parçacıklardan veya WIMP’lerden oluştuğuna inanıyor. Bu parçacıkların protonlardan daha ağır olduğu ve normal maddeyle o kadar zayıf etkileşime girdiği düşünülüyor ki, tespit edilmeleri son derece zor. Ancak teori, iki WIMP çarpıştığında birbirini yok ettiğini ve gama ışını fotonları da dahil olmak üzere enerjik parçacıklar saldığını öne sürüyor.
Bilim insanları bu özel gama ışınlarını aramak için, özellikle de Samanyolu’nun merkezinde karanlık maddenin yoğunlaşması gereken bölgeleri incelemek için yıllar harcadılar. Tokyo Üniversitesi’nden Profesör Tomonori Totani, Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu’ndan elde edilen yeni verileri kullanarak, karanlık madde parçacıklarının yok edilmesiyle ilişkili olduğu tahmin edilen gama-ışını sinyalini tespit ettiğine inanıyor.
Totani arayışında bulunduğu gibi. Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği Dergisi.
Samanyolu’nun merkezine yakın bir 20 GeV gama ışını halesi
Totani, “Hale benzeri bir yapıda Samanyolu’nun merkezine doğru uzanan, 20 gigaelektronvolt (veya 20 milyar elektronvolt, çok büyük bir enerji) foton enerjisine sahip gama ışınlarını tespit ettik. Gama ışını emisyon bileşeni, bir karanlık madde halesinin beklenen boyutuna çok yakın” dedi.
Emisyon yoğunluğunun nasıl değiştiğini açıklayan ölçülen gama ışını güç spektrumu, kütlesi protonun yaklaşık 500 katı olan varsayımsal bir WIMP’nin bozunumuna ilişkin model tahminleriyle yakından eşleşiyor. Gözlemlenen gama ışını yoğunluklarına dayalı olarak bu yıkıcı olayların tahmini sıklığı da beklenen teorik aralığa uymaktadır.
Bir atılım potansiyelinin değerlendirilmesi
Totani, gama ışını modelinin bilinen diğer kaynaklarla veya daha genel astronomik süreçlerle kolaylıkla karşılaştırılamayacağını açıklıyor. Bu nedenle, verilerin uzun süredir araştırılan karanlık maddeden kaynaklanan gama ışını emisyonu için güçlü bir aday olduğunu düşünüyor.
Totani, “Eğer bu doğruysa, bildiğim kadarıyla, insanlık ilk kez karanlık maddeyi ‘görecek’. Ve karanlık maddenin, parçacık fiziğinin mevcut standart modeline dahil olmayan yeni bir parçacık olduğu ortaya çıktı. Bu, astronomi ve fizikte önemli bir gelişmeye işaret ediyor” dedi.
Sonraki adımlar ve bağımsız doğrulama
Totani analizine güvenmesine rağmen bağımsız doğrulamanın şart olduğunu vurguluyor. Halo benzeri radyasyonun başka bir astrofiziksel kaynak değil, karanlık madde bozunmasının sonucu olduğunu doğrulamak için diğer araştırmacıların verileri incelemesi gerekecek.
Karanlık madde açısından zengin diğer bölgelerde de benzer gama ışını imzaları bulunarak daha fazla yardım elde edilebilir. Samanyolu halesi içinde dönen cüce gökadaların özellikle umut verici olduğu düşünülüyor. Totani, “Bu, daha fazla veri toplandıktan sonra başarılabilir ve eğer öyleyse, bu, gama ışınlarının karanlık maddeden kaynaklandığına dair daha güçlü kanıtlar sağlayacaktır” dedi.
Finansman: Bu çalışma JSPS/MEXT KAKENHI hibe numarası 18K03692 tarafından desteklenmiştir.