Onderzoekers van het GRAPPA Center of Excellence van de Universiteit van Amsterdam (UvA) hebben zojuist de meest nauwkeurige analyse van de fluctuaties in de gammastralingsachtergrond tot nu toe gepubliceerd. Door gebruik te maken van meer dan zes jaar aan gegevens verzameld door de Fermi Large Area Telescope, de onderzoekers vonden twee verschillende bronklassen die bijdroegen aan de gammastralingsachtergrond. In de analyse zijn geen sporen gevonden van een bijdrage van donkere materiedeeltjes. De gezamenlijke studie is uitgevoerd door een internationale groep onderzoekers en is gepubliceerd in de nieuwste editie van het tijdschrift Fysieke beoordeling D .

Gammastralen zijn lichtdeeltjes, of fotonen, met de hoogste energie in het universum en zijn onzichtbaar voor het menselijk oog. De meest voorkomende emitters van gammastraling zijn blazars:superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels. In kleinere aantallen, gammastraling wordt ook geproduceerd door een bepaald soort sterren, pulsars genaamd, en bij enorme stellaire explosies zoals supernova's.

In 2008 lanceerde NASA de Fermi-satelliet om het gammastralingsuniversum uiterst nauwkeurig in kaart te brengen. De grote telescoop, gemonteerd op de Fermi-satelliet, neemt sindsdien gegevens op. Het scant continu de hele lucht om de drie uur. Het merendeel van de gedetecteerde gammastraling wordt geproduceerd in ons eigen sterrenstelsel (de Melkweg), maar de Fermi-telescoop slaagde er ook in meer dan 3000 extragalactische bronnen te detecteren (volgens de laatste telling uitgevoerd in januari 2016). Echter, deze individuele bronnen zijn niet voldoende om de totale hoeveelheid gammastraalfotonen te verklaren die van buiten onze Melkweg komen. In feite, ongeveer 75% van hen is vermist.

Isotrope gammastraling achtergrond

Al in de late jaren zestig, in een baan om de aarde draaiende observatoria vonden een diffuse achtergrond van gammastraling die uit alle richtingen in het heelal stroomde. Als u gammastraling had, en keek naar de lucht, er zou geen plaats zijn die donker zou zijn.

De bron van deze zogenaamde isotrope gammastralingsachtergrond is tot nu toe onbekend gebleven. Deze straling kan worden geproduceerd door onopgeloste blazars, of andere bronnen die te zwak zijn om met de Fermi-telescoop te worden gedetecteerd. Delen van de gammastralingsachtergrond bevatten mogelijk ook de vingerafdruk van het illustere donkere materiedeeltje, een tot nu toe onontdekt deeltje dat verantwoordelijk wordt gehouden voor de ontbrekende 80% van de materie in ons universum. Als twee donkere materiedeeltjes botsen, ze kunnen vernietigen en een handtekening van gammastraalfotonen produceren.

Fluctuaties

Samen met collega's, Dr. Mattia Fornasa, een astrodeeltjesfysicus aan de UvA en hoofdauteur van het artikel, voerde een uitgebreide analyse uit van de gammastralingsachtergrond met behulp van 81 maanden aan gegevens verzameld door de Fermi Large Area Telescope - veel meer gegevens en met een groter energiebereik dan in eerdere onderzoeken. Door de fluctuaties in de intensiteit van de gammastralingsachtergrond te bestuderen, de onderzoekers konden twee verschillende bijdragen aan de gammastralingsachtergrond onderscheiden. Er is één klasse van gammastralingsbronnen nodig om de fluctuaties bij lage energieën (onder 1 GeV) te verklaren en een ander type om de fluctuaties bij hogere energie te genereren - de kenmerken van deze twee bijdragen zijn duidelijk verschillend.

In hun paper suggereren de onderzoekers dat de gammastralen in het hoge-energiebereik – vanaf enkele GeV hoger – waarschijnlijk afkomstig zijn van onopgeloste blazars. Verder onderzoek naar deze mogelijke bronnen wordt momenteel uitgevoerd door Fornasa, collega UvA-onderzoeker Shin'ichiro Ando en collega's van de Universiteit van Torino, Italië. Echter, het lijkt veel moeilijker om een ​​bron aan te wijzen voor de fluctuaties met energieën onder 1 GeV. Geen van de bekende gammastralingstralers vertoont een gedrag dat consistent is met de nieuwe gegevens.

Beperkingen op donkere materie

Daten, de Fermi-telescoop heeft geen afdoende aanwijzing gevonden voor gammastraling afkomstig van donkere-materiedeeltjes. Ook, deze laatste studie toonde geen indicatie van een signaal dat verband houdt met donkere materie. Met behulp van hun gegevens, Fornasa en collega's konden zelfs enkele modellen van donkere materie uitsluiten die een detecteerbaar signaal zouden hebben geproduceerd.

'Onze meting vormt een aanvulling op andere zoekcampagnes die gammastralen gebruikten om donkere materie te zoeken en het bevestigt dat er weinig ruimte over is voor door donkere materie geïnduceerde gammastraling in de isotrope gammastraling-achtergrond, ' zegt Fornasa.