De detectie meer dan tien jaar geleden door de Fermi Gamma Ray Space Telescope van een overmaat aan hoogenergetische straling in het centrum van de Melkweg overtuigde sommige natuurkundigen ervan dat ze bewijs zagen van de vernietiging van donkere materiedeeltjes, maar een team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Californië, Irvine heeft die interpretatie uitgesloten.

In een artikel dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Fysieke beoordeling D , de UCI-wetenschappers en collega's van het Virginia Polytechnic Institute en de State University en andere instellingen melden dat ze - door een analyse van de Fermi-gegevens en een uitgebreide reeks modelleringsoefeningen - konden vaststellen dat de waargenomen gammastralen niet konden zijn geproduceerd door wat worden zwak interagerende massieve deeltjes genoemd, het meest in de volksmond getheoretiseerd als het spul van donkere materie.

Door deze deeltjes te elimineren, waarvan de vernietiging energieën tot 300 giga-elektronvolt zou kunnen genereren, de auteurs van het artikel zeggen:ze hebben tot nu toe de sterkste beperkingen opgelegd aan de eigenschappen van donkere materie.

"Al 40 jaar of zo, de belangrijkste kandidaat voor donkere materie onder deeltjesfysici was een thermische, zwak interagerend en zwakschalig deeltje, en dit resultaat sluit voor het eerst die kandidaat uit tot deeltjes met een zeer hoge massa, " zei co-auteur Kevork Abazajian, UCI-hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde.

"Bij veel modellen dit deeltje varieert van 10 tot 1, 000 keer de massa van een proton, met zwaardere deeltjes die theoretisch minder aantrekkelijk zijn als donkere materie, " voegde co-auteur Manoj Kaplinghat toe, ook een UCI-hoogleraar natuurkunde en astronomie. "In deze krant, we elimineren kandidaten voor donkere materie boven het favoriete bereik, wat een enorme verbetering is in de beperkingen die we opleggen aan de mogelijkheden dat deze representatief zijn voor donkere materie."

Abazajian zei dat signalen van donkere materie kunnen worden verdrongen door andere astrofysische fenomenen in het Galactische Centrum, zoals stervorming, afbuiging van kosmische straling van moleculair gas en, vooral, neutronensterren en milliseconde pulsars - als bronnen van overtollige gammastraling gedetecteerd door de Fermi-ruimtetelescoop.

"We hebben gekeken naar alle verschillende modellen die plaatsvinden in het Galactische Centrum, inclusief moleculair gas, stellaire emissies en hoogenergetische elektronen die laagenergetische fotonen verstrooien, " zei co-auteur Oscar Macias, een postdoctoraal wetenschapper in natuurkunde en astronomie aan het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe aan de Universiteit van Tokyo, wiens bezoek aan de UCI in 2017 dit project initieerde. "We hebben er meer dan drie jaar over gedaan om al deze nieuwe, betere modellen samen en kijken naar de emissies, vinden dat er weinig ruimte over is voor donkere materie."

Macia's, die tevens postdoctoraal onderzoeker is bij het GRAPPA Centrum van de Universiteit van Amsterdam, voegde eraan toe dat dit resultaat niet mogelijk zou zijn geweest zonder de gegevens en software van de Fermi Large Area Telescope-samenwerking.

De groep testte alle klassen van modellen die in de regio van het Galactische Centrum worden gebruikt voor analyses van overtollige emissies, en de conclusies bleven ongewijzigd. "Je zou een diffuus emissiemodel moeten maken dat een groot 'gat' in hen achterlaat om onze beperkingen te verlichten, en zo werkt de wetenschap niet, ' zei Macias.

Kaplinghat merkte op dat natuurkundigen hebben voorspeld dat straling van de vernietiging van donkere materie zou worden weergegeven in een nette bolvormige of elliptische vorm afkomstig van het Galactische Centrum, maar de overmaat aan gammastraling die door de Fermi-ruimtetelescoop is gedetecteerd na de inzet in juni 2008 verschijnt als een drieassige, staafachtige structuur.

"Als je naar het Galactische Centrum tuurt, je ziet dat de sterren boxy zijn verdeeld, "zei hij. "Er is een schijf met sterren, en midden in het centrum er is een uitstulping van ongeveer 10 graden aan de hemel, en het is eigenlijk een heel specifieke vorm - een soort asymmetrische doos - en deze vorm laat heel weinig ruimte over voor extra donkere materie."

Sluit dit onderzoek het bestaan ​​van donkere materie in de melkweg uit? "Nee, " Zei Kaplinghat. "Onze studie beperkt het soort deeltje dat donkere materie zou kunnen zijn. De meerdere bewijslijnen voor donkere materie in de melkweg zijn robuust en worden niet beïnvloed door ons werk."

Verre van de bevindingen van het team als ontmoedigend te beschouwen, Abazajian zei dat ze natuurkundigen moeten aanmoedigen om zich te concentreren op andere concepten dan de meest populaire.

"Er zijn veel alternatieve kandidaten voor donkere materie, "zei hij. "De zoektocht gaat meer lijken op een visexpeditie waarbij je niet al weet waar de vissen zijn."