Fermi kosmiskā teleskopa komanda ir atradusi debesīs tumšas galaktikas, kurās nav zvaigžņu, bet tumšā viela gruzd. Atklātāji pagaidām netic atradumam, un to rezultātus nav iespējams patstāvīgi pārbaudīt - zinātnieki neatklāj, kur atrodas kandidāti
Papildus lielajam divu kultūru konfliktam - “fiziķiem un lirikiem”, ko apritē ieviesa brits Čārlzs Snovs tieši pirms 50 gadiem, gadsimtiem ilgi ir bijis arī neliels konflikts, kas attiecas tikai uz “fiziķiem”. Tā ir sadursme starp teoriju un eksperimentu, kurā pirmie parasti spēlē neapdomīgu liberāļu lomu, bet otrie - kā atbildīgi konservatīvie.
Pēdējo pāris gadu laikā astrofizikā šis konflikts nekur nav izpaudies tik skaidri kā tumšās matērijas daļiņu vēsturē, kuru pārveidošanu vielā, pie kuras esam pieraduši, daži zinātnieki redz, bet citi to nedara. Abas pārliecības ir balstītas uz vieniem un tiem pašiem datiem.
Paparaci un PAMELA
Sabrukšana un iznīcināšana
Sabrukšanu sauc par daļiņu spontānu sabrukšanu, piemēram, urāna kodola vai neitrona sabrukšanu, kas atstāj jebkuru atomu kodolu. Iznīcināšana ir daļiņu savstarpēja iznīcināšana, kad tās satiekas viena ar otru, piemēram, elektronu un pozitronu, un vispār, matērijas un antimatērijas iznīcināšana.
Sabrukšanas ātrums ir atkarīgs tikai no nestabilu daļiņu skaita, un iznīcināšanas signāls nosaka daļiņu sadursmju biežumu savā starpā. Tāpēc samazinājuma ātrums ir proporcionāls blīvumam, un iznīcināšanas ātrums ir proporcionāls šī daudzuma kvadrātam. Tieši tā astronomi cer atšķirt iznīcināšanu no pūšanas novērojumu datos.
Vislielākā aizraušanās spriedze tika sasniegta 2008. gada vidū, kad starptautiskais zinātniskais eksperiments PAMELA uz Krievijas satelīta Resurs-DK atklāja pārmērīgu enerģijas daudzumu pozitronu Saules tuvumā. Viņi varēja būt dzimuši eksotisko daļiņu spontānas sabrukšanas vai savstarpējas iznīcināšanas laikā, kuras, domājams, veido tumšo vielu.
Protams, ir iespējami arī citi skaidrojumi, taču neredzamās lietas "ieraudzīšanas" izredzes bija tik pievilcīgas, ka, lai iegūtu nepublicētus PAMELA datus, baumas par kuriem cirkulēja astrofiziskajā vidē, daudzi jaunie teorētiķi izgāja visu ārā. Daži pat fotografēja nepublicētās PAMELA diagrammas mobilajos tālruņos projekta dalībnieku ziņojumu laikā konferencēs un, pamatojoties uz šiem datiem, rakstīja teorētiskus rakstus. Šādas drosmīgas dvēseles, pārkāpjot zinātnieku aprindu nerakstītos ētiskos noteikumus, pat ir iesaukušas par “zinātniskiem paparaci”.
Rezultātā PAMELA dati tomēr tika oficiāli publicēti, taču tiem joprojām nav viennozīmīgas interpretācijas. Kāds domā, ka tās ir tumšo daļiņu pēdas, kāds vaino neitronu zvaigznes Saules tuvumā to parādīšanās dēļ, kāds vispār uzskata, ka mēs runājam par nepamanītām sistemātiskām kļūdām PAMELA iekārtas darbībā.
Migla, migla
Daudzi cerēja, ka situāciju noskaidros Fermi kosmosa observatorijas atklāšana, kas uztver ļoti augstas enerģijas fotonus. Tos var labi ražot, mijiedarbojoties ar parasto gaismu ar daļiņām ar lielu enerģiju (tas ir tā sauktais Compton atpakaļsvīdums). Un tā zinātnieki cerēja noskaidrot situāciju ar PAMELA datiem.
WMAP Haze WMAP ir
atradis mikroviļņu starojuma pārpalikumu no Galaktikas centra - tā saukto "WMAP migla", kas paliek datos pēc visu zināmo mikroviļņu avotu atņemšanas no tiem. Viens no iespējamākajiem izskaidrojumiem tam ir starpzvaigžņu magnētisko lauku indukcijas līnijas tinumu enerģētisko elektronu sinhrotrona starojums. Tieši uz tiem pašiem elektroniem, izmantojot apgriezto Komptona efektu, var radīt augstas enerģijas fotonus, kurus Fermi spēj redzēt.
Ja tumšās matērijas daļiņas patiešām kļūst par enerģētisko pozitronu un elektronu avotu, tad tām vajadzētu piedzimt biežāk tieši tur, kur ir vairāk tumšās matērijas. Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām šādas vietas tiek uzskatītas par galaktiku centriem. Tāpēc astronomi ar nepacietību gaidīja iespēju redzēt Fermi virzienā uz mūsu Piena ceļa sirdi. Turklāt astronomi pirms vairākiem gadiem no mājokļa WMAP saņēma mājienu par lielu elektronu daudzumu šeit.
Reklāmas video:
Fermi orbītā ienāca 2008. gada jūnijā un dažus mēnešus vēlāk sāka vākt zinātniskos datus. Saskaņā ar grupas noteikumiem, dati no teleskopa parādās publiskajā telpā tikai gadu pēc to saņemšanas - lai "viņu" teorētiķi varētu no viņiem izvilināt galveno zinātnisko krēmu. Gads bija beidzies rudens sākumā, bet viena teorētiķu grupa negaidīja un gandrīz atkārtoja stāstu ar “zinātniskajiem paparaci”. Saskaņā ar rakstu, kas parādījās jūlijā, Fermi redz pārmērīgu starojumu galaktikas centra virzienā. Turklāt sākotnējā analīze parādīja, ka šo starojumu var ģenerēt tieši uz tām pašām daļiņām, kuras noķēra PAMELA projekts.
Kad Fermi dati tomēr tika publicēti, zinātnieki atkārtoja savu analīzi un jau pārliecinošāk apgalvoja: papildus “WMAP miglaini” ir arī “Fermi migla”, kurā labi iederas tumšās vielas sabrukšanas vai iznīcināšanas teorija. Šis darbs, kuru vada Hārvarda Doblers no Hārvardas astrofizikas centra, vairs nekautrējas atsaukties pat uz nopietniem zinātniekiem, lai gan tā rezultāti īpaši neatšķiras no secinājumiem no iepriekšējiem šīs pašas grupas darbiem.
Misters Nē
Tomēr ir viens svarīgs brīdinājums. Pat ja galaktikas centra reģionā eksistē liels skaits augstas enerģijas elektronu un pozitronu (un par to ir mazāk un mazāk šaubu), to izcelsme no tumšās vielas daļiņām joprojām ir jāpierāda. Principā viņiem var būt citi avoti - piemēram, šoka viļņi no supernovas sprādzieniem vai visas tās pašas neitronu zvaigznes, kas paliek šādu sprādzienu vietā. Galaktikas centrā vajadzētu būt abiem - vienkārši tāpēc, ka ir tik daudz zvaigžņu, no kurām dažas agrāk vai vēlāk eksplodē. Un, kaut arī alternatīvajiem modeļiem vajadzētu būt diezgan “tāliem”, daudziem tas joprojām ir pieņemamāks skaidrojums nekā kaut kāda tumšā matērija.
"Doblers un kompānija ir uzkāpuši uz plāna ledus," pēc viņu raksta publicēšanas brīdināja Elliots Blūms, viens no nedaudzajiem Fermi eksperimenta komandas tīro teorētiķu vārdiem. Viņam sirdī, iespējams, ir jācīnās ar sevi - teorētiķi, kurš pusi dzīves veltījis tumšās matērijas būtības netieša skaidrojuma izredzēm, viņš nesen kļuva par Fermi sadarbības "kungu nē". Tieši viņam visbiežāk ir jākomentē tādi darbi kā Doblera raksts un jāpārliecina kolēģi un žurnālisti, ka "augšupejošo" secinājumi ir vismaz pāragri.
Ironiski, ka Blūma darbs (pdf fails), kas sadarbības vārdā tika prezentēts Fermi 2009 simpozijā Vašingtonā, var sākties vēl viena epizode stāstā par tumšās vielas novērošanu. Šī darba rezultāti vērsa uzmanību uz slaveno fizisko baumu karsto vietu - emuāru Resonaances, kuru uztur poļu fiziķis Ādams Falkovskis no Amerikas Rutgersa universitātes.
Tumšās galaktikas
Pamatnes problēma
Neatbilstība starp prognozēto teoriju un reālo punduru satelītu skaitu Piena Ceļā un citās galaktikās tiek saukta par apakšstruktūras problēmu. Tā standarta risinājums ir tāds, ka ap mums ir punduru galaktikas, bet zvaigznes tajās neveidojas.
Jaunākie pierādījumi liecina, ka šāds skaidrojums patiešām var darboties: mazākais no nesen atklātajiem mūsu galaktikas satelītiem patiešām sastāv tikai no dažiem simtiem zvaigžņu. Bet to masa (to var novērtēt pēc zvaigžņu kustības) ir daudz lielāka. Tiek pieņemts, ka tā lielāko daļu satur tumšā matērija.
Zieds pamatoti pamatots: lai izslēgtu alternatīvu ar elektronu paātrinājumu triecienviļņos, jāmeklē, kur supernovas neizsprāgst. Ideālā gadījumā - tur, kur vispār nav zvaigžņu, un tumšajai matērijai vajadzētu būt. Pēc teorijas, šādiem bez zvaigznītēm saturošiem tumšās matērijas halogēniem patiešām vajadzētu ieskaut mūsu galaktiku - teorija paredz divpadsmit vai divreiz vairāk punduru galaktiku, nekā patiesībā novērots.
Lai atrastu to, ko zvaigznes neizgaismo, Blūmam un viņa kolēģim Pinam Vanam bija jāraida caur visu Fermi datu arhīvu, meklējot paplašinātus objektus, kuru gamma starojums sakrīt ar tumšās vielas daļiņu sabrukšanas vai iznīcināšanas modeli. Turklāt šādiem objektiem nevajadzētu sakrist ar zināmiem avotiem, un fotonu plūsma no tiem laika gaitā nedrīkst mainīties.
Blūms un Vangs atrada 54 izvērstus avotus, kas izcēla vismaz četras standarta novirzes virs fona. Pārbaudot katru no tām secīgi, zinātnieki noraidīja 50 iespējamās "bez zvaigznēm esošās galaktikas", kas neatbilst izvēlētajiem kritērijiem. Ir palikuši četri, kas atbilst kritērijiem. Virs fona tie visi izceļas pat ne ar četriem, bet ar vismaz piecām standarta novirzēm.
Neskatoties uz to, Blūms atkal uzdāvināja masku "Mr. No" un secināja, ka Fermi datos pirmos desmit mēnešus nav atklāti jauni tumši punduri. Galvenais zinātnieka sniegtais arguments ir neatbilstība starp šo avotu spektriem un izvēlētajiem tumšās vielas sabrukšanas teorētiskajiem modeļiem.
Smalks jautājums
Bet tas ir smieklīgi, uzskata Falkovskis, - dodiet parastam teorētiķim gandrīz jebkuru spektru viņa rokās, un viņš 15 minūtēs nāks klajā ar modeli, kas aprakstīs šo spektru. Apmēram 15 minūtes, protams, ir māksliniecisks pārspīlējums, bet līdz šim pagrimuma un iznīcināšanas modeļi patiešām sniedz ļoti plašu iespēju teorētiskiem manevriem.
Varbūt tāpēc Blūms nesniedz spektrus. Savā darbā viņš nesniedz kandidātu koordinātas vai citus datus par viņiem.
Tas viss ir ļoti intriģējošs, uzskata Falkovskis. Blūms nesaka, ka nav tumšu galaktiku, viņš tikai apgalvo, ka "Fermi datos tos neatrada pirmos desmit mēnešus". Neviens nezina, kas notiks ar nākamo gadu datiem. Skaidrs ir tas, ka Blūms kā Fermi sadarbības biedrs viņiem varēs piekļūt pirms kāda cita.
