Tamna tvar jedna je od najvećih zagonetki suvremene astronomije. Ne možemo je izravno vidjeti, ne emitira svjetlost i ne reagira na elektromagnetsko zračenje na način na koji to čini obična tvar. Ipak, znanstvenici već desetljećima vjeruju da postoji jer njezina gravitacija ostavlja tragove na zvijezdama, galaksijama i velikim strukturama u svemiru. Tim astrofizičara iz Kine objavio je rezultate koji bi mogli predstavljati jedan od najuvjerljivijih tragova tamne tvari do sada.

Istraživači Kineske akademije znanosti analizirali su čak 15,5 godina podataka koje je prikupio NASA-in Fermi Gamma-ray Space Telescope. U tim podacima pronašli su neobično oštar signal gama-zračenja. Prema njihovoj studiji, objavljenoj u časopisu Physical Review Letters, karakteristike signala odgovaraju onome što bi se moglo očekivati ako se čestice tamne tvari međusobno sudaraju i poništavaju.

Ako se rezultat potvrdi, mogao bi biti iznimno značajan za fiziku čestica.

Zašto su gama-zrake toliko važne?

Tamna tvar čini, prema suvremenim procjenama, oko 85 posto ukupne mase svemira. Za razliku od obične tvari, od koje su sastavljene zvijezde, planeti i mi sami, tamnu tvar ne možemo izravno promatrati. Znanstvenici njezino postojanje zaključuju prvenstveno na temelju gravitacijskih učinaka.

Jedna od vodećih teorija pretpostavlja da je tamna tvar sastavljena od takozvanih WIMP čestica, odnosno hipotetskih masivnih čestica koje vrlo slabo međusobno djeluju. Prema toj ideji, kada bi se dvije takve čestice sudarile, mogle bi se međusobno poništiti i proizvesti druge oblike energije, uključujući gama-zrake.

Upravo je zato novi signal toliko zanimljiv. Ako je njegovo podrijetlo doista povezano s tamnom tvari, astronomi bi prvi put mogli dobiti mnogo izravniji trag o njezinim fizičkim svojstvima.

'Oštar' gama-signal posebno je važan jer bi njegov oblik mogao razlikovati potencijalni signal tamne tvari od mnogih drugih izvora gama-zračenja u svemiru.

'Konačni dokaz' za tamnu tvar?

Prvi autor studije, Yi-Zhong Fan, opisao je otkrivanje jasne gama-linije kao svojevrsni 'konačni dokaz' koji bi mogao potvrditi postojanje čestica tamne tvari i pomoći u otkrivanju njihovih svojstava. Međutim, istraživači su oprezni. Pronalazak neobičnog gama-signala nije isto što i konačan dokaz da je pronađena tamna tvar.

Astronomija već poznaje slučajeve u kojima su naizgled obećavajući signali kasnije dobili mnogo uobičajenije objašnjenje. Neki raniji kandidati za signale tamne tvari na kraju su povezani s problemima ili pogreškama instrumenata, a ne s novom fizikom, što znači da ovaj slučaj zahtjeva neovizno potvrđivanje.

Tim koji stoji iza novog istraživanja navodi da njihova analiza odnosa signala i šuma ne podupire instrumentalno objašnjenje. Ipak, postoji i mogućnost da je promatrani signal posljedica nekog rijetkog astrofizičkog fenomena koji još nije pravilno shvaćen.

Jedan signal nije dovoljan

Ovo nije prvi put da astronomi u podacima teleskopa Fermi pronalaze neobično gama-zračenje koje povezuju s tamnom tvari. Ranija istraživanja pokušavala su misteriozni sjaj iz središta naše galaksije objasniti kao posljedicu tamne tvari. Drugi su radovi također povezivali neobične gama-signale s hipotetskim WIMP česticama. Problem je u tome što svemir proizvodi goleme količine gama-zračenja iz brojnih drugih razloga. Aktivne galaksije, eksplozivni događaji i različiti procesi povezani sa zvijezdama mogu stvoriti vrlo snažne izvore visokoenergetskog zračenja. Zbog toga svaki potencijalni signal mora biti pažljivo provjeren.

U novom istraživanju promatrano je nekoliko jata galaksija, pa istraživači ne isključuju mogućnost da je riječ o anomaliji povezanoj s određenim objektom. Drugim riječima, astronomi su možda pronašli trag tamne tvari, ali još uvijek ne mogu reći da su je 'uhvatili'.

Odgovor tek slijedi

Dobra vijest za istraživače jest da potraga neće stati na ovom rezultatu. Teleskop Fermi i dalje prikuplja podatke, a količina dostupnog materijala nastavit će rasti. Prema istraživačima, do 2040. godine skup podataka mogao bi biti približno dvostruko veći nego danas. što znači da će astronomi moći provjeriti pojavljuje li se isti signal ponovno i na drugim mjestima. Ako se karakteristična gama-linija bude ponavljala u različitim uvjetima, objašnjenje tamnom tvari postat će mnogo uvjerljivije, piše Gizmodo.

Istodobno se pripremaju i novi svemirski instrumenti namijenjeni proučavanju gama-zračenja. Njihova opažanja mogla bi biti ključna za neovisnu provjeru ovog rezultata. Ako se signal potvrdi, posljedice bi bile goleme. Znanstvenici ne bi samo dobili snažan dokaz da tamna tvar postoji, već bi mogli početi određivati i kakve su njezine čestice, koliko su masivne i kako međusobno djeluju.

Za sada, međutim, najvažnija riječ ostaje 'moguće'. Novi rezultat predstavlja vrlo zanimljivog kandidata za jedan od najvažnijih tragova tamne tvari, ali konačna potvrda zahtijevat će dodatna opažanja i neovisne analize. Ako se buduća mjerenja slože s ovim nalazom, gama-zrake bi mogle postati upravo ono što su astronomi desetljećima čekali: prvi zaista uvjerljiv prozor u nevidljivu tvar koja oblikuje najveći dio svemira.