กล้องโทรทรรศน์แฟร์มีบันทึกสัญญาณโดยตรงของการชนกันของสสารมืดในทางช้างเผือกเป็นครั้งแรก

นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโตเกียวประกาศความเป็นไปได้ในการตรวจจับสสารมืดโดยตรงเป็นครั้งแรกโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศแฟร์มีของ NASA ทีมงานระบุรังสีแกมมาส่วนเกินที่มาจากใจกลางทางช้างเผือกซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยการทำลายล้างอนุภาคสสารมืด การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ในสัปดาห์นี้

สัญญาณได้มาหลังจากการกรองแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาที่ทราบทั้งหมดในบริเวณที่สังเกตได้ แผนที่ที่ได้จะแสดงการกระจายตัวที่เข้ากันได้กับรัศมีสสารมืดที่ทำนายโดยแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาในปัจจุบัน

การวิจัยนำโดยศาสตราจารย์โทโมโนริ โททานิ และใช้ข้อมูล 15 ปีที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์พื้นที่ขนาดใหญ่แฟร์มี

วิธีการตรวจทำ

นักวิจัยได้กำจัดการปล่อยก๊าซที่ทราบทั้งหมดออกจากแผนที่รังสีแกมมา รวมทั้งพัลซาร์ เศษซูเปอร์โนวา และดิสก์กาแลคซี

สิ่งที่เหลืออยู่คือสัญญาณกระจายโดยมียอดพุ่งเข้าหาศูนย์กลางทางช้างเผือกและขยายออกไปประมาณ 100 องศา รูปแบบนี้เกิดขึ้นพร้อมกับการกระจายตัวของรัศมีสสารมืดที่อยู่รอบกาแลคซี

ลักษณะของสัญญาณที่สังเกตได้

รังสีแกมมาส่วนเกินมีพลังงานอยู่ระหว่าง 1 GeV ถึง 1 TeV ความเข้มจะมากที่สุดที่ใจกลางกาแลคซีและค่อยๆ ลดลงตามระยะทาง โปรไฟล์เป็นไปตามสิ่งที่เรียกว่าการกระจาย NFW ซึ่งคาดการณ์ว่าจะมีฮาโลสสารมืดที่เกิดจากการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง มวลของอนุภาคที่จะอยู่ระหว่าง 30 ถึง 70 GeV ตามการคำนวณของทีม

สมมติฐานการทำลายล้างอนุภาค

คำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดตามที่ผู้เขียนระบุคือการทำลายล้างอนุภาคสสารมืดประเภท WIMP ร่วมกัน (อนุภาคขนาดใหญ่ที่มีปฏิสัมพันธ์เพียงเล็กน้อย) เมื่อ WIMP สองตัวชนกัน พวกมันจะกลายเป็นรังสีแกมมาพลังงานสูงคู่กัน

กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในรัศมีดาราจักร ซึ่งมีความหนาแน่นของอนุภาคเหล่านี้มากกว่า อัตราการทำลายล้างขึ้นอยู่กับกำลังสองของความหนาแน่นในพื้นที่ ซึ่งอธิบายการเรืองแสงที่รุนแรงมากขึ้นที่สังเกตพบที่ใจกลางทางช้างเผือก

ความเป็นไปได้อื่นๆ เช่น พัลซาร์ที่ไม่ปรากฏชื่อหรือกระบวนการทางดาราศาสตร์ที่ไม่รู้จัก ยังไม่ถูกตัดออกทั้งหมด

ขั้นตอนต่อไปของการวิจัย

ขณะนี้ชุมชนวิทยาศาสตร์ทำการวิเคราะห์ข้อมูล Fermi เดียวกันโดยอิสระเพื่อยืนยันหรือหักล้างการตีความ หอดูดาวเช่น CTA (Cherenkov Telescope Array) ซึ่งอยู่ระหว่างการก่อสร้าง จะมีความไวในการตรวจสอบสัญญาณที่พลังงานสูงกว่ามากขึ้น

หากได้รับการยืนยัน การค้นพบนี้จะถือเป็นหลักฐานโดยตรงประการแรกเกี่ยวกับอนุภาคที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐานทางฟิสิกส์ ข้อมูลยังสามารถจำกัดพารามิเตอร์มวลและหน้าตัดของผู้สมัครสสารมืดได้

ความสำคัญของสสารมืดในจักรวาลวิทยา

สสารมืดคิดเป็นประมาณ 27% ของความหนาแน่นพลังงานทั้งหมดในจักรวาล ตามการตรวจวัดจากดาวเทียมพลังค์ การมีอยู่ของมันอนุมานได้จากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงในกาแลคซีและกระจุกดาว นอกเหนือจากความผันผวนของพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล

แม้ว่าฟริตซ์ ซวิคกีจะตรวจพบโดยอ้อมตั้งแต่คริสต์ทศวรรษ 1930 แต่ก็ไม่เคยถูกสังเกตผ่านปฏิสัมพันธ์อื่นนอกจากแรงโน้มถ่วงจนกระทั่งมีการศึกษาในปัจจุบัน

การระบุโดยตรงจะปูทางไปสู่การทดลองในเครื่องเร่งและเครื่องตรวจจับใต้ดินที่ค้นหาอนุภาคเดียวกัน

ข้อมูลทางเทคนิคของการสังเกต

• ระยะเวลาที่วิเคราะห์: 2008 ถึง 2023 (15 ปีของการดำเนินการ Fermi)
• พื้นที่ที่สังเกตได้: ±50 องศาในลองจิจูดทางช้างเผือกและ |b| < 20 องศา ในละติจูด
• พลังงานโฟตอน: 0.3 GeV ถึง 1 TeV
• นัยสำคัญทางสถิติของส่วนเกิน: มากกว่า 10 ซิกม่าหลังจากลบออกจากแหล่งที่มาที่ทราบ