Astronomi Otkrili Najjasniji Trag Podhala Tamne Materije Ublizini Sunca

Tim sa Univerziteta Alabame u Hantsvilu, predvođen astrofizičarkom Sukanya Chakrabarti, objavio je rezultate koji ukazuju na moguću prisutnost skrivene nakupine tamne materije u neposrednoj blizini Sunca. Rad, objavljen u časopisu Physical Review Letters, zasnovan je na preciznim izmenama u tajmingu pulsara koje ukazuju na zajedničku, neočekivanu akceleraciju.

Kako su istraživali

Istraživači su iskoristili pulsare — brzo rotirajuće neutronske zvezde koje emituju stabilne snopove zračenja i mogu da posluže kao izuzetno precizni kosmički satovi. Analizom promena orbitalnih perioda i ukupnog tajminga kod 27 binarnih pulsara, tim je ispitao parove pulsara međusobno udaljene manje od 1.600 svetlosnih godina, što odgovara očekivanom dometu uticaja hipotetičkog podhala.

Posterior distribution showing derived properties of a dark matter sub-halo. The panels show the PDFs that display our constraint for the mass of the subhalo (in solar masses). (CREDIT: Physical Review Letters)

Šta su našli

Među posmatranim parovima, dva pulsara — J1640+2224 i J1713+0747 — pokazuju istovetan, neobjašnjiv obrazac akceleracije koji je značajno veći od onog koji se može pripisati poznatoj zvezdanoj i gasovitoj materiji u toj oblasti. Na osnovu veličine akceleracije, tim je procenio da izvor dodatne mase odgovara redom veličine ~25 miliona sunčevih masa, lociran na udaljenosti od samo nekoliko hiljada svetlosnih godina.

Zašto to verovatno nije obična materija

Istraživači su koristili podatke misije Gaia za brojenje zvezda i dostupne karte gasnih oblaka (posebno merenja neutralnog vodonika) kako bi proverili da li vidljiva materija može objasniti signal. Nisu našli odgovarajući višak zvezda niti dovoljnu količinu gasa koji bi opravdao detektovanu akceleraciju — gustina obične materije u tom delu neba bila bi više od 100 puta manja od potrebne. To čini tamnu materiju najvernijim objašnjenjem, iako se istraživači uzdržavaju od konačnih tvrdnji.

The fractional difference in the observed LOS acceleration relative to the model considering an exponential disk in Galactocentric coordinates R, z. (CREDIT: Physical Review Letters)

Modeli, statistika i nesigurnosti

Autori su testirali različite geometrije skrivene mase — od tačkaste koncentracije do razbijenih i raspršenijih profila — i primenili više statističkih metoda. Rezultati ukazuju na umeren do snažan statistički značaj u korist postojanja dodatne mase. Ipak, tačna pozicija i prostorni oblik objekta ostaju neizvesni, pa su potrebna dalja posmatranja i nezavisne metode potvrde.

Autori upozoravaju da istorijske interakcije Mlečnog puta sa patuljastim galaksijama mogu stvarati prostorne razlike u gravitacionom polju. Takve asimetrije treba pažljivo isključiti pre konačnog prihvatanja hipoteze podhala tamne materije.

Zašto je ovo važno

Ako se potvrdi, ovo bi bila prva detekcija podhala tamne materije unutar Mlečnog puta i važan korak ka razumevanju kako se tamna materija organizuje na manjim skalama. Metod zasnovan na tajmingu pulsara otvara novu mogućnost mapiranja nevidljive mase bez pretpostavke o simetriji galaktičkog polja.

The fractional difference in the observed LOS acceleration relative to the model considering an exponential disk and a subhalo with a NFW profile. (CREDIT: Physical Review Letters)

Šta sledi

Potrebna su dodatna, visokoprecizna posmatranja pulsara i primena nezavisnih tehnika (npr. praćenje kretanja zvezda, dublje gasne ankete ili druge astrometrijske metode) kako bi se signal potvrdio ili opovrgao. Kako se tačnost merenja tajminga bude poboljšavala, ova metoda može otkriti i druge susedne strukture tamne materije.

Rad je dostupan u Physical Review Letters. Izvorni izveštaj objavio je The Brighter Side of News.