Genom att studera de centrala delarna av vår galax, Vintergatan, i gammastrålning har ett forskarlag under ledning av Tansu Daylan vid Harvard funnit tecken på förekomsten av mörk materia.

Sedan 1930-talets början har astronomerna på indirekt väg kunnat skönja att en betydande del av universums materieinnehåll inte sänder ut något synligt ljus eller annan elektromagnetisk strålning. Vid observationer av t.ex. galaxhopar framgår det att galaxerna rör sig på ett sätt som inte kan förklaras helt av gravitationen från den materia man ser. Detsamma gäller även inom galaxerna. Något osynligt (”mörk materia”) påverkar rörelserna hos stjärnor och annan synlig materia.

mork_materia_TLindenVänstra bilden visar Vintergatans centrum i gammastrålning (med energier mellan 1,0 till 3,16 GeV, alltså våglängder ner mot miljondelar av en ångström) från Fermi-satelliten. Framträdande pulsarer är markerade. Den högra bilden visar det överflöd av gammastrålning som återstår då alla kända gammakällor räknats bort. Detta överflöd beror möjligen på närvaron av mörk materia. (Bild: NASA/T. Linden, Chicagos universitet)

Åtskilliga förklaringar har lanserats under årens lopp, från modifierade gravitationsteorier till olika idéer inom partikelfysik. Bland partikelfysikens förklaringar finns idén om WIMP, på engelska ”weakly interacting massive particles”, dvs. svagt växelverkande massiva partiklar. Dessa partiklar sänder inte ut (eller reflekterar) något ljus, men kan påverka sin omgivning genom gravitation. Partiklarna kan verka som sina egna antipartiklar och då de träffar på varandra kan de förintas och sända ut gammastrålning. Det är den mest energirika formen av elektromagnetisk strålning och den blockeras av jordens atmosfär. För att kunna undersöka om någon gammastrålning visar tecken på att komma från självförstörande mörk materia måste man alltså använda ett rymdteleskop, som Fermi (uppskjutet 2008 och med svensk inblandning).

Med hjälp av arkiverade Fermi-observationer av Vintergatans centrala delar har Daylan och hans team studerat den gammastrålning som kommer därifrån. Efter att ha räknat bort bidrag från bland annat pulsarer återstod strålning som möjligen kan förklaras som en signatur av mörk materia. Gammaöverflödet är ungefär sfäriskt symmetriskt och centrerat runt Vintergatans mitt. Till Sky & Telescope säger Dan Hooper, en medförfattare till artikeln: ”Om vår tolkning är riktig betyder denna signal upptäckten av en helt ny partikel, som utgör huvuddelen av massan i universum. Jag finner inte tillräckligt starka ord för att fånga betydelsen av en sådan upptäckt.”

Forskarlaget har haft en svår uppgift, eftersom Vintergatans centrum är trångt. Det är rikt på olika astronomiska objekt och en stark strålningskälla på himlen. En fallgrop är att man kan ha misstagit sig på hur pulsarerna är fördelade i denna del av galaxen. En möjlighet att gå vidare kan vara att studera dvärggalaxer (som är mindre än Vintergatan), där den mörka materien förväntas vara ymnig men pulsarerna färre. Ytterligare undersökningar behövs för att bedöma Fermi-studien, som redan mötts av kritik från vissa håll, men som kan vara en del av ett genombrott i förklaringen av den mörka materien.

Se även pressmeddelandet från NASA liksom Astronomy Picture of the Day från 10 mars 2014.

  • Anders Classon

    Hade fått för mig att i stort sett alla galaxer hade ett ”svart hål” i sitt centrum och detta pga att galaxerna annars inte skulle kunna ”hålla ihop” rent gravitationsmässigt.

  • Anders Nyholm

    Det stämmer att många galaxer antas ha supermassiva svarta hål i centrum. I Vintergatans fall utgör massan hos detta supermassiva svarta hål ca en miljondel av galaxens totala massa. Det är alltså långt fler saker än bara det svarta hålet i centrum som avgör hur galaxen hålls samman.

  • @Anders C: Galaxer kan hålla väl ihop även utan supertungt svart hål i mitten, som även om de är tunga bara står för en liten del av massan.

  • Anders Classon

    @Robert/Anders N: Menar du/ni att man kan visa med ”Newtons lära” att galaxerna bör hålla ihop (”utan” massa i centrum) eller är det så att de nya fynden visar att det behövs ”större hål” (=mer massa) i centrum än vad man tidigare har tänkt sig?

  • @Anders: För att kunna förklara hur galaxer rör sig krävs att de innehåller mer massa än man kan se (om nu inte man ska kasta ut Newton på en gång). Den saknade massan behöver inte ligga just i centrum, så tyngre svarta hål löser inte problemet. Består den mörka materian av skygga partiklar förväntar man sig att man hittar fler av dem i mitten än i utkanterna. Och det är just en sådan anhopning i mitten som man nu kanske sett tecken utav.

  • Anders Classon

    @Robert: Hur skiljer man på ”mörk materia” och rester av gamla stjärnor?
    ”Stjärnor med en kvarvarande kärna som är mindre än 1,4 solmassor blir vanligen vita dvärgar, stjärnor med en kvarvarande massa på 2-4 solmassor kan möjligen bli kvarkstjärnor, stjärnor stora nog att lämna en rest på över 4 solmassor blir svarta hål.”
    Källa: http://sv.wikipedia.org/wiki/Neutronstj%C3%A4rna