Aiškėja tamsiosios medžiagos dalelių masės ribos

Jeigu tamsioji medžiaga iš tiesų egzistuoja, Brauno universiteto mokslininkai nubrėžė kol kas griežčiausią jos masės ribą.

Savo darbe asistuojantis profesorius Savasas Kaušiapas (Savvas Koushiappas) ir jo studentas Aleksas Sametas (Alex Geringer-Sameth) teigia, kad tam, jog būtų galima paaiškinti netiesioginius sunkiųjų kvarkų stebėjimus, tamsiosios medžiagos dalelių masė turi viršyti 40 GeV ribą. Naudodami viešai prieinamus NASA kosminio gama spindulių teleskopo duomenis ir pritaikę naujovišką statistinį artinį, tyrėjai nustatė apatinę dalelių masės ribą. Tam jiems prireikė įvertinti Paukščių taką supančių galaktikų dalelių anihiliacijos spartą.

„Mes išsiaiškinome, jog jeigu dalelės masė nesiekia 40 GeV, tuomet ji nėra tamsiosios medžiagos sudedamoji dalis“, – teigia profesorius.

Šie rezultatai yra svarbūs, nes verčia suabejoti kitų mokslininkų grupių teiginiais, esą jiems tamsiąją medžiagą pavyko aptikti požeminių eksperimentų metu. Kaip skelbia DAMA/LIBRA, CoGeNT ir CRESST eksperimentų atstovai (žr. Fizikai pranešė apie galimą tamsiosios medžiagos dalelių užregistravimą), tamsioji medžiaga aptikta nuo 7 iki 12 GeV ribose – tai kur kas mažesni skaičiai už Brauno mokslininkų rezultatą.

„Jeigu, tarkime, tamsiosios medžiagos dalelių masė yra mažesnė nei 40 GeV, tai reiškia, kad dabar tamsiosios medžiagos kiekis Visatoje būtų toks, kad mes nestebėtume spartėjančio Visatos plėtimosi“, – aiškina mokslininkas, turėdamas galvoje 2011 metų fizikos Nobelio premiją, kuri kaip tik ir buvo skirta už greitėjančio Visatos plėtimosi atradimą.

Nepriklausomai nuo Brauno tyrėjų panašius rezultatus gavo ir Fermi-LAT fizikų grupė, nors jie taikė kitą metodiką. Abiejų šių mokslininkų grupių rezultatai bus publikuoti tame pačiame „Physical Review Letters“ numeryje.

Fizikai yra įsitikinę, jog viskas, ką mes stebime – planetos, žvaigždės, galaktikos ir kiti kosminiai dariniai – sudaro vos 4 procentus visos Visatos. Stebėjimai rodo, kad tamsiajai medžiaga tenka apie 23 procentai, tuo tarpu likusiąją dalį pasiglemžia dar paslaptingesnė tamsioji energija, kuri, kaip spėjama, lemia spartėjantį Visatos plėtimąsi. Labiausiai padėtį apsunkina tai, kad tiek tamsioji medžiaga, tiek tamsioji energija nespinduliuoja įprastinės elektromagnetinės spinduliuotės, todėl šiuos darinius galima įtarti egzistuojant tik dėl jų gravitacinio poveikio. Dėl tiesioginio nematomumo ir didelės masės manoma, jog tamsiąją medžiagą greičiausiai sudaro vadinamosios silpnai sąveikaujančios masyvios dalelės (angl. Weakly Interacting Massive Particles, WIMP).

Fizikai žino, jog kuomet WIMP dalelė susitinka savo antidalelę, įvyksta procesas, kuris vadinamas anihiliacija. Tokio proceso metu pasipila sunkieji kvarkai ir leptonai. Fizikai taip pat žino, kad kvarkų ir antikvarkų anihiliacijos metu susidaro dalelių srautas, kuriame galima surasti fotonų – kitaip tariant, registruojamos spinduliuotės.

Brauno universiteto mokslininkai grandininę anihiliacijos reakciją nagrinėja iš kito galo. Jie nusitaikė į septynias nykštukines galaktikas, kuriose, kaip rodo matavimai, gausu tamsiosios medžiagos, nes čia esančių žvaigždžių judėjimą niekaip negalima paaiškinti nagrinėjant tik jų pačių masę. Šiose nykštukinėse galaktikose labai mažai vandenilio dujų ir kitos medžiagos, o tai reiškia kur kas palankesnes tamsiosios medžiagos stebėjimo sąlygas. „Turime didelį signalo ir triukšmo santykį, – džiaugiasi profesorius. – Tai švarios sistemos“.

Mokslininkai išnagrinėjo gama spindulių duomenis, surinktus per pastaruosius trejus metus, kad galėtų nustatyti fotonų skaičių nykštukinėse galaktikose. Turėdami fotonų skaičių, tyrėjai nustatė kvarkų susidarymo spartą, kuri savo ruožtu leido apibrėžti tamsiosios medžiagos dalelių masę ir jų anihiliacijos spartą.

„Tai pirmasis kartas, kuomet mes sugebame išskirti įprastines WIMP daleles, galinčias sudaryti tamsiąją medžiagą Visatoje“, – tvirtina mokslininkas.

A. Sametas sukūrė statistinį metodą, kuris buvo panaudotas analizuojant duomenis. „Tai nuostabus tamsiosios medžiagos tyrinėjimų etapas, nes pagaliau daugybė eksperimentinių priemonių leidžia priartėti prie seniai sugalvotų tamsiosios medžiagos paslaptis aiškinančių teorijų. Galų gale mes pradedame šias teorijas tikrinti“.