Fermi-rumteleskopteamet har fundet mørke galakser på himlen uden stjerner, men mørk stof ulmende. Opdagerne tror endnu ikke på fundet, og det er umuligt at uafhængigt verificere deres resultater - forskere afslører ikke, hvor kandidaterne er
Foruden den store konflikt mellem to kulturer - "fysikere og lyrikere", der blev introduceret i cirkulation af briten Charles Snow for nøjagtigt 50 år siden, har der i århundreder også været en lille konflikt, der udelukkende vedrører "fysikere". Det er et sammenstød mellem teori og eksperiment, hvor førstnævnte normalt spiller rollen som hensynsløse liberale og sidstnævnte som ansvarlige konservative.
I de sidste par år inden for astrofysik har denne konflikt intet sted manifesteret sig så tydeligt som i historien om partikler med mørke stoffer, hvis omdannelse til det stof, vi er vant til, nogle forskere ser, mens andre ikke gør det. Begge overbevisninger er baseret på de samme data.
Paparazzi og PAMELA
Forfald og udslettelse
Forfald kaldes det spontane forfald af partikler, ligesom forfaldet af en uraniumkerne eller et neutron, der har efterladt en hvilken som helst atomkerne. Udslettelse er den gensidige ødelæggelse af partikler, når de møder hinanden, for eksempel udslettelse af en elektron og en positron, og generelt stof og antimaterie.
Nedbrydningshastigheden afhænger kun af antallet af ustabile partikler, og udslettelsessignalet bestemmer hyppigheden af partikelkollisioner med hinanden. Derfor er henfaldshastigheden proportional med densiteten, og udslettelsesgraden er proportional med kvadratet for denne mængde. Sådan håber astronomer at skelne udslettelse fra forfald i observationsdata.
Den største lidenskabsspænding nåede i midten af 2008, da det internationale videnskabelige eksperiment PAMELA ombord på den russiske satellit "Resurs-DK" opdagede et overskud af højenergipositroner i nærheden af Solen. De kunne godt være blevet født under spontan forfald eller gensidig udslettelse af eksotiske partikler, der formodes at udgøre mørkt stof.
Naturligvis er andre forklaringer mulige, men udsigten til at "se" den usynlige sag var så attraktiv, at mange unge teoretikere gik ud for at opnå upublicerede PAMELA-data, rygter om, som cirkulerede i det astrofysiske miljø. Nogle fotograferede endda upubliserede PAMELA-diagrammer på mobiltelefoner under rapporter fra projektdeltagerne på konferencer og på baggrund af disse data skrev de teoretiske artikler. Sådanne modige sjæle, der krænker det videnskabelige samfunds uskrevne etiske regler, har endda fået tilnavnet "videnskabelig paparazzi."
Som et resultat blev PAMELA-dataene alligevel formelt offentliggjort, men de har stadig ikke en entydig fortolkning. Nogen mener, at dette er spor af mørke partikler, nogen beskylder neutronstjerner i nærheden af Solen for deres udseende, nogen tror generelt, at vi taler om uberegnede systematiske fejl i driften af PAMELA-udstyret.
Tåge, tåge
Mange håbede, at situationen ville blive afklaret ved lanceringen af Fermi Space Observatory, der registrerer fotoner med meget høje energier. De kan godt fremstilles ved interaktion mellem almindeligt lys og partier med høj energi ladet (dette er den såkaldte Compton-tilbagespredning). Og det var sådan, som forskerne håbede på at afklare situationen med PAMELA-dataene.
WMAP Haze WMAP
fandt et overskud af mikrobølgestråling fra det galaktiske centrum - den såkaldte "WMAP-dis", som forbliver i dataene efter at have trukket alle kendte mikrobølge-kilder fra dem. En af de mest sandsynlige forklaringer på det er synkrotronstrålingen af energiske elektroner, der vikles på induktionslinjen for interstellære magnetfelter. Præcis på de samme elektroner kan man ved hjælp af den omvendte Compton-effekt produceres højenergifotoner, som Fermi er i stand til at se.
Hvis partikler af mørkt stof virkelig bliver kilden til energiske positroner og elektroner, bør de fødes oftere nøjagtigt, hvor der er mere mørkt stof. I henhold til moderne begreber betragtes sådanne steder som centrum for galakser. Så astronomer så frem til at se Fermi gå mod hjertet af vores egen Mælkevej. Derudover modtog astronomer et antydning af et stort antal elektroner her for flere år siden fra WMAP-rumfartøjet.
Salgsfremmende video:
Fermi trådte i kredsløb i juni 2008 og begyndte at indsamle videnskabelige data et par måneder senere. I henhold til gruppens regler vises dataene fra teleskopet i det offentlige rum kun et år efter, at de er modtaget - for at gøre det muligt for "deres" teoretikere at skumme den vigtigste videnskabelige creme fra dem. Året løb ud i det tidlige efterår, men en gruppe teoretikere ventede ikke og gentog næsten historien med de "videnskabelige paparazzier." Ifølge en artikel, der kom ud i juli, ser Fermi et overskud af stråling mod det galaktiske centrum. Desuden viste en foreløbig analyse, at denne stråling kan genereres på nøjagtigt de samme partikler, som PAMELA-projektet fangede.
Da Fermis data alligevel blev offentliggjort gentog forskerne deres analyse og erklærede allerede mere fortroligt: ud over "WMAP-dis" er der også en "Fermi-dis", hvor teorien om henfald eller udslettelse af mørk stof passer godt. Dette arbejde, ledet af Gregory Dobler fra Harvard Center for Astrophysics, skammer sig ikke længere over at henvise selv til seriøse videnskabsmænd, selvom dets resultater ikke adskiller sig fra konklusionerne fra det foregående arbejde i samme gruppe.
Mister Nej
Der er dog et vigtigt advarsel. Selv hvis der findes et stort antal højenergi-elektroner og positroner i regionen af det galaktiske centrum (og der er stadig mindre tvivl om dette), skal deres oprindelse fra partikler med mørkt stof stadig bevises. I princippet kan de have andre kilder - for eksempel stødbølger fra supernova-eksplosioner eller alle de samme neutronstjerner, der forbliver på stedet for sådanne eksplosioner. Galaxiens centrum burde være fyldt med begge dele - simpelthen fordi der er så mange stjerner, hvoraf nogle før eller senere eksploderer. Og selvom de alternative modeller skal være temmelig "langtidshæmmede", er det for mange stadig en mere acceptabel forklaring end en slags mørk stof.
"Dobler og selskab er trådt på tynd is," advarede Elliot Bloom, en af de få rene teoretikere i Fermi-eksperimentteamet, efter at deres artikel blev offentliggjort. I sit hjerte er denne person sandsynligvis nødt til at kæmpe med sig selv - en teoretiker, der afsatte halve sit liv til udsigterne til en indirekte forklaring af arten af mørk materie, han blev for nylig "Mr. No" for Fermi-samarbejdet. Det er han, der oftest skal kommentere værker som Doblers artikel og overbevise kolleger og journalister om, at konklusionerne fra "upstarts" i det mindste er for tidlige.
Ironisk nok er det Bloom's arbejde (pdf-fil), der præsenteres på vegne af samarbejdet i form af en plakat på Fermi 2009-symposiet i Washington, at en anden episode i historien om observationsdetektion af mørkt stof kan begynde. Resultaterne af dette arbejde henledte opmærksomheden på det berømte arnested for fysiske rygter - bloggen Resonaances, som er vedligeholdt af den polske fysiker Adam Falkowski fra det amerikanske Rutgers University.
Mørke galakser
Substruktorproblemet
Forskellen mellem den forudsagte teori og det faktiske antal dværgssatellitter i Mælkevejen og andre galakser kaldes understrukturproblemet. Dens standardløsning er, at der er dværggalakser omkring os, men stjerner dannes ikke i dem.
Nyere bevis tyder på, at en sådan forklaring faktisk kan fungere: den mindste af de nyligt opdagede satellitter i vores galakse består virkelig kun af et par hundrede stjerner. Men deres masse (det kan estimeres ved bevægelse af stjernerne) er meget større. Det meste antages at være indeholdt i mørkt stof.
Bloom begrundede med rette: for at udelukke et alternativ med accelerationen af elektroner på stødbølger, må man se, hvor supernovaer ikke eksploderer. Ideelt set - hvor der overhovedet ikke er nogen stjerner, og mørk stof skal være. I henhold til teorien skulle sådanne stjerneløse haloer af mørke stoffer faktisk omringe vores Galaxy - teorien forudsiger et dusin eller to gange flere dværg galakser end der faktisk er observeret.
For at finde ud af, hvad stjernerne ikke lyser, måtte Bloom og hans kollega Pin Wan skyve gennem hele Fermi-dataarkivet på jagt efter udvidede objekter, hvis gammastråling matcher modellen med henfald eller udslettelse af mørke stofpartikler. Desuden bør sådanne genstande ikke falde sammen med kendte kilder, og strømningen af fotoner fra dem bør ikke ændre sig over tid.
Bloom og Wang fandt 54 udvidede kilder, der skilte sig ud mindst fire standardafvigelser over baggrunden. Efter at have undersøgt hver af dem i rækkefølge afviste forskerne 50 potentielle "stjerneløse galakser" som ikke opfylder de valgte kriterier. Der er fire tilbage, der opfylder kriterierne. Over baggrunden skiller de sig alle ud ikke engang med fire, men ved mindst fem standardafvigelser.
Ikke desto mindre tilsluttede Bloom masken "Mr. No" igen og konkluderede, at der ikke var fundet nye mørke dværge i Fermi-dataene i de første ti måneder. Forskerens vigtigste argument er forskellen mellem disse kilders spektre til de valgte teoretiske modeller for henfaldet af mørk stof.
Subtilt spørgsmål
Men dette er latterligt, mener Falkovsky, - give en normal teoretiker næsten ethvert spektrum i hans hænder, og han vil komme med en model til dig om 15 minutter, der vil beskrive dette spektrum. Cirka 15 minutter er naturligvis en kunstnerisk overdrivelse, men modellerne for henfald og udslettelse indtil videre giver et meget bredt rum til teoretisk manøvre.
Måske er det derfor, Bloom ikke giver spektre. Han giver ikke i sit arbejde koordinaterne for kandidaterne eller andre oplysninger om dem.
Alt dette er meget spændende, mener Falkovsky. Bloom siger ikke, at der ikke er nogen mørke galakser, han hævder kun, at "de ikke blev fundet i Fermis data i de første ti måneder." Ingen ved, hvad der vil ske med dataene for de næste år. Det, der er klart, er, at Bloom, som medlem af Fermi-samarbejdet, vil have adgang til dem før nogen anden.
