Ciemna materia to hipotetyczna forma materii, która nie emituje, nie odbija ani nie pochłania światła (promieniowania elektromagnetycznego). Jest więc całkowicie niewidzialna dla naszych teleskopów optycznych, radiowych czy rentgenowskich.
Wiemy o jej istnieniu wyłącznie pośrednio – poprzez jej wpływ grawitacyjny na widzialną materię (gwiazdy, galaktyki) oraz na strukturę czasoprzestrzeni. Stanowi ona około 27% całkowitej energii i materii Wszechświata oraz aż 85% całej materii (dla porównania: materia, z której my jesteśmy zbudowani, to zaledwie około 5%). Istnieje jednak szansa, że w końcu uda się nam ją bezpośrednio „odkryć”.
Ciemna materia od lat na celowniku naukowców
Najważniejszym problemem w przypadku ciemnej materii oraz prób jej bezpośredniego zaobserwowania jest brak oddziaływania elektromagnetycznego. Sprawia to, że niemożliwe jest jej dostrzeżenie czy zmierzenie za pomocą tradycyjnych metod. Dodatkowo ciemna materia swobodnie przenika przez zwykłą materię – w uproszczeniu: dosłownie cała nasza planeta jest dla niej przezroczysta. Do tego dochodzą wyzwania związane ze słabym oddziaływaniem jądrowym oraz problem z „szumami tła”, które mocno utrudniają wychwycenie sygnału. To wszystko sprawia, że zaprojektowanie eksperymentu mającego na celu realną, mierzalną detekcję ciemnej materii jest niezwykle trudne.
Z ostatnich badań przeprowadzonych przez prof. Tomonoriego Totaniego na Uniwersytecie w Tokio wynika, że analiza danych z teleskopu Fermi – obejmująca szeroki kąt 100 stopni wokół centrum Drogi Mlecznej – przyniosła nowe wnioski. Po wyeliminowaniu zakłóceń ze strony znanych źródeł i płaszczyzny galaktyki, naukowcy wyodrębnili sygnał o morfologii halo, idealnie pasujący do map ciemnej materii. Uwagę zwraca przede wszystkim specyficzny pik emisji promieniowania gamma (20 GeV). Zarówno energia, jak i siła tego sygnału wspierają teorię o anihilacji słabo oddziałujących masywnych cząstek (WIMP) o masie zbliżonej do 500 mas protonu, co potwierdza wcześniejsze hipotezy teoretyczne.
Wykrycie wzorców przybliża nas do poznania natury ciemnej materii
Przez 15 lat za pomocą teleskopu Fermi zgromadzono pokaźny zbiór danych, któremu przyjrzeli się teraz badacze. Przeanalizowali oni archiwum pod kątem rozbłysków promieniowania, które mogły powstać w wyniku zderzenia (anihilacji) WIMP-ów – hipotetycznych cząstek ciemnej materii. Upatrywali tam szansy na zaobserwowanie ewentualnych interakcji tych cząstek.
W tym celu odfiltrowali z danych wszystkie znane źródła promieniowania, takie jak gwiazdy. Cel tego zabiegu eliminacji był jasny: wszystko, co pozostałoby w zbiorze danych, stanowiłoby anomalię. Skoro wszystkie znane czynniki zostały wykluczone, taki „szczątkowy sygnał” – według naszych obecnych modeli – nie powinien w ogóle istnieć. Jego obecność stanowiłaby więc silną przesłankę wskazującą na istnienie ciemnej materii.
A co to oznacza w prostym języku? Że naukowcom w końcu udało się trafić na trop, który mogą interpretować jako swego rodzaju „kosmiczny odcisk palca” ciemnej materii w naszym świecie. Jeśli założenia te się potwierdzą, badacze zyskają solidną podstawę do snucia kolejnych hipotez, które mogą doprowadzić ich do realnych możliwości badania i analizowania jednego z najciekawszych zagadnień naszego Wszechświata.