Galaktikos centro gama perteklius: tamsioji materija?

Žvelgę į galaktikos širdį randame švytėjimą, kurio neįmanoma paaiškinti. Jis silpnas, sferinis ir išsidėstęs per tūkstančius šviesmečių. Daugiau nei dešimtmetį astronomai ginčijasi, kas jį sukelia: egzotiškas tamsiosios materijos signalas ar paprastų objektų spiečius, kurių tiesiog nematome.

Gama spindulių perteklius, pastebėtas Paukščių Tako centre, uždėtas ant optinio galaktikos vaizdo. Mokslininkai daugiau nei dešimtmetį diskutuoja apie šio perteklius kilmę ir ar jis galėtų būti sukeltas tamsiosios materijos. 

Naujas tyrimas, kurį vykdė Vienos universiteto ir Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos komandos ir kuris išspausdintas Physical Review Letters, diskusijos nebaigia. Jis vėl kelia klausimų, pakeisdamas duomenų interpretavimo būdą. Vietoj to, kad kiekvieną aptiktą gama spindulį laikytų tašku žemėlapyje, mokslininkai išmokė mašininio mokymosi modelį vertinti kiekvieno fotono energiją taip pat kaip ir jo vietą. Rezultatas pakeičia tikėtinų paaiškinimų pusiausvyrą.

Ryškesnis žvilgsnis į Galaktikos centrą

Šis reiškinys vadinamas Galaktikos centro pertekliumi. Jis pasireiškia kaip padidintas gama spindulių išsiskyrimas, sutelktas aplink Paukščių Tako branduolį. Du paaiškinimai dominuoja: savianihiliuojanti tamsioji materija, teorinis procesas, kai tamsiosios materijos dalelės susidūrusios išskirtų gama spindulius, arba paslėpta milisekundinių pulsarų populiacija, mažutės neutroninės žvaigždės, sukasi šimtus kartų per sekundę ir skleidžia aukštos energijos spinduliuotę.

Kuris variantas teisingas? Regionas yra neramūs ir sudėtingas. Galaktikos centras ryškus daugelyje bangų ilgių, dujos, žvaigždės ir kiti šaltiniai susigrūda nedideliame dangaus plote. Ankstesni statistiniai testai linko prie pulsarų scenarijaus, nustatydami, kad perteklius atrodė kaip daug neišspręstų taškinių šaltinių. Tačiau tos analizės daugiausia ignoravo svarbų duomenų aspektą, kiekvieno gama fotono energiją.

Kad tai ištaisytų, komanda išmokė neuroninį tinklą daugiau nei milijono simuliuotų gama spindulių stebėjimų. Modelis išmoko įvertinti tiek fotonų atvykimo vietą, tiek jų energiją. Toks derinys yra svarbus. Energijos spektrai neša fizinių procesų pirštų atspaudus. Kai tyrėjai įtraukė fotonų energijas į savo modelį, vaizdas pasikeitė: jei emisija kyla iš pulsarų, tie pulsarai turėtų būti gerokai blankesni nei manyta ankstesniuose tyrimuose. Blankesnius pulsarus sunkiau atskirti nuo lygaus švytėjimo, kurį galima tikėtis iš anihiliuojančios tamsiosios materijos.

Viena aiški išvada: pulsarų scenarijui dabar prireiktų milžiniškos populiacijos, maždaug 35 000 milisekundinių pulsarų, sutelktų prie galaktikos centro. Šis skaičius gerokai viršija ankstesnius įvertinimus, kurie siekė kelis šimtus ar kelis tūkstančius. Tiek daug pulsarų tokioje kompaktiškoje srityje kelia astrofizinių klausimų apie jų susidarymą ir išlikimą, į kuriuos dabartiniai modeliai sunkiai randa atsakymų.

Ekspertų įžvalga

"Tai atsargus, metodiškas žingsnis pirmyn," sako tariama astrofizikė dr. Lena Ortiz, dirbanti aukštos energijos apžvalgose. "Pasikeitė ne tik algoritmas, bet ir noras leisti fotonams kalbėti pilniau. Energija yra kiekvieno aptikimo esminė savybė. Kai ją įtraukiate, riba tarp taškinių šaltinių ir lygaus komponento susilieja. Tai palieka tamsiąją materiją rimtai svarstyti kaip paaiškinimą."

Tyrimo autoriai, tarp jų Florian List iš Vienos universiteto ir Nick Rodd iš Lawrence Berkeley, aiškiai nurodo ribotumus. Jų darbas neįrodo, kad tamsioji materija sukelia perteklių. Vietoj to jis nuima vieną iš stipriausių praktinių argumentų, kuriais anksčiau buvo remiamasi prieš tamsiosios materijos hipotezę. Iš esmės ankstesnė išvada buvo susilpninta.

Tai svarbu, nes Galaktikos centro perteklius ilgą laiką buvo vienas perspektyviausių netiesioginių tamsiosios materijos požymių. Jei perteklių sukeltų anihiliuojanti tamsioji materija, tai būtų langas į dalelių fiziką už standartinio modelio ribų. Tačiau neįprastiems teiginiams reikia neįprastų įrodymų. Nauja analizė grąžina diskusiją į atvirų galimybių lauką.

Išvados

Pamoka yra tiek techninė, tiek filosofinė. Geresni modeliai, išmanesnis duomenų naudojimas ir tarpdisciplininiai metodai gali paneigti anksčiau atrodusias tvirtas išvadas. Mašininis mokymasis nekonstruoja atradimų iš niekur; jis sustiprina niuansus, kurie jau buvo užkoduoti fotonuose. Galaktikos centras neatskleis savo paslapčių per naktį. Reikalingi tolesni darbai: gilesnės radijo ir rentgeno apžvalgos, siekiant surasti blankius pulsarus, patobulinti gama spindulių instrumentai ir nepriklausomos analizės, kurios patikrintų tuos pačius signalus su skirtingomis prielaidomis.

Kol kas gama spindulių švytėjimas mūsų galaktikos centre lieka atvira užuomina. Tamsioji materija neįrodyta. Tačiau ji pelnė dar vieną galimybę būti svarstoma.