Hoewel donkere materie ongeveer 85% van de kosmos uitmaakt, weten wetenschappers heel weinig over de fundamentele aard ervan.

Er zijn theorieën in overvloed, en onderzoek door Alex McDaniel, postdoctoraal onderzoeker aan de Clemson University, biedt enkele van de strengste beperkingen tot nu toe aan de aard van donkere materie. Zijn onderzoek onthult ook een kleine aanwijzing voor een signaal dat, als het waar is, ergens in de komende tien jaar bevestigd zou kunnen worden.

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review D .

"Met het verzamelen van gegevens en nieuwe ontdekkingen in de toekomst zou deze kleine hint mogelijk kunnen uitmonden in een zeer concrete detectie van een model voor donkere materie", aldus McDaniel.

Het detecteren van donkere materie zou baanbrekend zijn.

"Donkere materie is een van de belangrijkste dingen in de astrofysica, en we weten er vrijwel niets van. De ontdekking ervan zal een enorme doorbraak zijn", zegt Marco Ajello, universitair hoofddocent bij het Clemson Department of Physics and Astronomy en de adviseur van McDaniel. "Wie het ontdekt, kan een Nobelprijs winnen. Zo groot is het."

In dit werk zochten McDaniel en zijn medewerkers in dwergstelsels naar donkere materie die zichzelf vernietigt tot gewone materie en gammastraling, een vorm van licht met de hoogste energieniveaus. Dwergstelsels zijn ideaal voor onderzoek omdat ze klein zijn, rijk aan donkere materie en meestal andere astrofysische verschijnselen missen, zoals gas, stof en supernova, die de bevindingen zouden kunnen besmetten.

"We zoeken hiernaar omdat ze ons idealiter een duidelijk signaal geven of ons in staat stellen bepaalde deeltjestheorieën uit te sluiten", aldus McDaniel.

Sommige modellen voorspellen dat donkere materie een bepaalde massa of doorsnede heeft, wat de waarschijnlijkheid is dat een specifieke gebeurtenis optreedt als gevolg van de interactie van deeltjes. Dat zou bepalen wat onderzoekers zouden verwachten te zien in gammastraling. Als ze dat niet zien, kunnen ze die massa's en dwarsdoorsneden uitsluiten, zei hij.

"In dit artikel sluiten we nog meer uit, door te zeggen dat donkere materie deze massa's of dwarsdoorsnede niet kan hebben", zegt Chris Karwin, een voormalig postdoc bij Clemson en co-auteur van de studie. Karwin is nu een postdoctoraal onderzoeker bij het NASA Goddard Space Flight Center. "Maar vergeleken met eerdere onderzoeken beginnen we wel een hint te zien van iets dat een signaal van deze systemen zou kunnen zijn."

Het onderzoek van McDaniel maakt gebruik van de grotere monsters die extra ontdekte dwergstelsels en grotere hoeveelheden gegevens bevatten dan eerdere studies. Hij nam ongeveer 50 dwergstelsels mee in zijn onderzoek, maar zei dat hij verwacht dat dit aantal zal toenemen tot 150 à 200, omdat er in de nabije toekomst nieuwe, krachtigere telescopen online komen.

"De nieuwe telescopen zijn in feite detectoren van dwergstelsels", zei hij. "We projecteren met deze verbeteringen dat het mogelijk is dat we in plaats van slechts een kleine hint van een signaal te hebben, iets kunnen hebben dat een bonafide detectie is."

Ajello voegde eraan toe:"Als het [het signaal] echt is, zal het uiteindelijk worden bevestigd."

Meer informatie: Alex McDaniel et al., Legacy-analyse van de vernietiging van donkere materie uit de bolvormige dwergstelsels van de Melkweg met 14 jaar aan Fermi-LAT-gegevens, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.063024 op arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2311.04982

Aangeboden door Clemson University