은하수 중심에는 신비한 일이 많이 있습니다. 거기에있는 초대형 블랙홀이 그중 하나입니다. 그러나 또 다른 흥미로운 퍼즐이 있습니다. 예기치 않은 구형 감마선 방출 영역.
새로운 연구에 따르면 암흑 물질이 이러한 배출량 뒤에있을 수 있다고합니다.
우주에는 많은 감마선원이 있으며, 대부분 잘 알려져 있습니다. 펄서, 광자 및 퀘이사는 모두 감마선을 생성합니다. 그러나 그들은 우리 은하의 중심에서 오는 감마선을 설명 할 수 있습니까?
감마선은 강력합니다. 그것들은 우주에서 가장 활발한 현상에 의해 생성 된 관통 전자기 방사선의 형태입니다. 그들은 모든 유형의 전자기 방사선 중에서 가장 짧은 파장과 가장 높은 광자 에너지를 가지고 있습니다.
우리 은하의 중심에있는 과도한 감마선은 물리학 자에게 알려져 있으며,이를 은하 중심 초과 (GCE)라고 부릅니다. 우리는 은하수에 대해 많은 것을 알고 있으며, 그 지식은 GCE에 대한 설명을 두 가지 주요 가능성 : 중성자 별이 빠르게 회전하는 펄서 집단 또는 암흑 물질. 물리학 자들은 그것이 암흑 물질이라면, 은하 중심의 짙은 구름 속에 존재하며, 충돌하여 감마선을 생성하기 위해 스스로를 소멸시킵니다.
2015 년 한 연구에 따르면 GCE의 근원은 실제로 펄서이고 암흑 물질은 관여하지 않았다. 이 연구는 물리학 트레이시 슬래 티어 (Tracy Slatyer) 부교수를 포함 해 프린스턴과 MIT의 연구팀에서 나왔습니다. 그들은 감마선을 생성 할 수있는 은하수의 모든 상호 작용을 설명하는 모델과 함께 Fermi Gamma-ray 우주 망원경으로 찍은 은하 중심의 관측을 사용했습니다. 그들은 펄서가 책임이 있다고 결론 지었다.
그러나 MIT의 Slatyer와 관련된 새로운 연구는 이러한 결과를 뒤집어 놓고 암흑 물질을 모든 감마선의 원천으로 지적했다.
새로운 연구는“은하 중심 감마선 과잉에 대한 암흑 물질 가설의 부흥”이라는 제목으로 물리적 검토 서한에 실렸다. 저자는 MIT의 이론 물리학 센터의 트레이시 슬래 티어 (Tracy Slatyer)와 고급 연구 연구소의 자연 과학 대학의 레베카 린 (Rebecca Leane)입니다. 그들의 연구에 따르면 초기 문제에는 문제가 있으며 그 결과는 신뢰할 수 없습니다. GCE에 대한 암흑 물질의 기여는 눈에 띄지 않을 수 있습니다.
GCE를 펄서 나 암흑 물질로 좁히는 데 어려움은 광자가 방출되는 방식과이를 감지 할 수있는 기술적 능력에 있습니다. 암흑 물질의 감마선은 확산되고 펄서의 감마선은 더 집중된 점원이됩니다. 2015 년에 모든 감마선이 확산 된 것처럼 보였지만, 점 소스가 망원경으로 확산되어 공간 해상도가 제한되어 있기 때문일 수 있습니다. 2015 년에 연구원들은 펄서가 책임이 있다고 결론 내렸다.
은하수는 다소 평평하며 중앙에 돌출부가 있습니다. 감마선은 반경에서 약 5,000 광년의 중심에서 구형 영역을 차지한다. Slatyer와 그녀의 동료들이 2015 년에 개발 한 방법은이 구형 영역이 "매끄러운"지 또는 "거친 지"인지 확인하려고 시도했습니다. 그들의 추론은 펄서가 감마선의 원천이라면, 그 감마선은 그 구형 영역을 거친 것처럼 보이게해야한다는 것이었다. 펄서 소스가없는 감마선 사이에는 어두운 간격이 있습니다.
그러나 감마선이 암흑 물질에서 나온 경우 구형 영역이 매끄 럽습니다. 슬래 이어는“은하 중심을 향한 모든 시선에는 암흑 물질 입자가있을 수 있으므로 신호에서 틈이나 차가운 지점을 볼 수는 없다”고 설명했다.
그들은 은하수의 모든 물질과 가스, 그리고 감마선을 생성 할 수있는 모든 입자 상호 작용을 설명하는 모델을 개발했습니다. 그런 다음 GCE의 구형 영역에 대한 입자가 거칠거나 매끄러운 모델과이를 구분하는 통계적 방법을 고려했습니다. 그런 다음이 모델을 가져 와서 실제 Fermi Gamma-ray 우주 망원경 관측을 모델에 제공하여 관측이 거칠거나 부드러운 프로파일에 맞는지 확인했습니다.
관측치가 거친 프로파일에 맞으면 펄서가 감마선을 설명 할 수 있습니다. 그들이 부드러운 프로파일에 맞으면 암흑 물질이 그것들을 설명 할 수 있습니다. 거친 프로파일은 압도적이었습니다.
"우리는 그것이 100 % 거칠다는 것을 알았으므로 우리는‘암흑 물질은 그렇게 할 수 없기 때문에 다른 것이되어야한다.’고 말했다. “이것은 유사한 기술을 사용하는 은하 중심 지역에 대한 많은 연구 중 첫 번째 일이기를 바랍니다. 그러나 2018 년까지이 방법에 대한 주요 교차 점검은 여전히 2015 년에 수행 한 방식 이었으므로, 우리가 무언가를 놓쳤을 수도 있다는 사실에 상당히 긴장했습니다.”
결국 Slatyer와 Leane은 모델을 테스트하기로 결정했습니다. 슬래 티어는 충분히 견고하지 않을까 우려했다. 그들은 암흑 물질 신호와 GCE와 관련이없는 펄서를 포함하여 하늘의“가짜”지도를 만들기로 결정했습니다. 그들은 모델에 그것을 공급했고 그들의 데이터에 가짜 암흑 물질 신호가 포함되어 있었음에도 불구하고, 모델은 그것이 거칠고 결론적으로 펄서 지배적이라고 결론 내렸다. Slatyer에 따르면, 그것은 그들의 모델이 완벽하지 않다는 증거이며 암흑 물질이 GCE에서 역할을 수행 할 여지가 여전히 남아 있다는 증거였다.
"정말 암흑 물질이라면 이것이 중력 이외의 힘을 통해 암흑 물질이 가시 물질과 상호 작용한다는 첫 번째 증거 일 것입니다."
Rebecca Leane, 고급 연구 연구소 자연 과학부 공동 저자.
그런 다음 연구원은 연구원들이 가짜 배경지도 대신 실제 페르미 관측치와 결합 된 가짜 암흑 물질 신호를 추가하여 모델을 테스트 할 것을 제안했습니다.
그들은 그렇게했고 통계 모델은 테스트에 실패했습니다. 매끄러운 암흑 물질 신호에도 불구하고, 모델은 거친 펄서 지배적 결과를 반환했습니다. 그들은 암흑 물질 신호를 실제 GCE 크기의 4 배로 높였지만 여전히 모델이 탐지하지 못했습니다.
Leane은“이 단계에서 그 의미가 매우 크다는 것을 알았 기 때문에 매우 기뻤습니다.
이 최신 결과가 정확하면 큰 문제입니다.
"정말 암흑 물질이라면 이것이 중력 이외의 힘을 통해 암흑 물질이 가시 물질과 상호 작용한다는 첫 번째 증거가 될 것"이라고 Leane은 말합니다. “암흑 물질의 본질은 현재 물리학에서 가장 큰 문제 중 하나입니다. 이 신호를 암흑 물질로 식별하면 최종적으로 암흑 물질의 기본 정체성을 노출시킬 수 있습니다. 초과분이 무엇이든 우리는 우주에 대해 새로운 것을 배울 것입니다.”
슬래 티어 (Slatyer)는 보도 자료에서“우리는 이것이 암흑 물질 일 가능성을 제거했다고 생각한다는 점에서 흥미 롭다. “그러나 이제 우리가 주장한 체계적인 오류 인 허점이 있습니다. 신호가 암흑 물질에서 나오는 문을 다시 엽니 다.”
이 새로운 결과는 Physical Review Letters 저널 12 월 11 일호에 실 렸습니다.
더:
- MIT 보도 자료 : 은하수 중심에 암흑 물질이 있습니까?
- 연구 논문 : 은하 중심 감마선 과잉에 대한 암흑 물질 가설의 부활
- Wikipedia : 약하게 상호 작용하는 대규모 입자 (WIMP)
