Fermi rymdteleskop misslyckas med att se bevis på mörk materia

Bland de mest dramatiska händelserna i universum är stjärnors död när de kollapsar till svarta hål och själva kollisionen av svarta hål. Dessa händelser är så våldsamma att de skakar himlavalvet och genererar gravitationsvågor som krusar över kosmos. De genererar också enorma explosioner av neutriner som ibland kan fångas upp av gigantiska neutrinoteleskop på jorden.

Men även om dessa händelser är fascinerande, inte minst för att de nästan säkert involverar fysik bortom vår kunskap, är de enormt svåra att observera. Det beror på att neutriner och gravitationsvågor är notoriskt blyga.

Neutriner passerar vanligtvis rakt genom jorden. Faktum är att astronomer bara en gång har upptäckt neutriner från bortom solsystemet och det var nästan 25 år sedan under en supernova som heter SN1987A.

Men neutriner är veritabla festdjur jämfört med gravitationsvågor. Fysiker har aldrig sett en gravitationsvåg, trots att de spenderat hundratals miljoner dollar på maskiner designade för att hitta dem.

Tack och lov finns det ett tredje sätt att studera dessa extrema händelser med hjälp av gammastrålar, ultrahögenergifotoner. Alla gammastråleteleskops moder är Fermi Space Telescope, som har tittat in i kosmos från låg omloppsbana om jorden i tre år nu.

Så vilken bättre tidpunkt att inventera sina resultat, säger Luca Baldini vid Italiens nationella institut för kärnfysik i Pisa och några kompisar. Dessa killar representerar det internationella samarbetet bakom Fermi så de borde veta.

Fermi har en unik syn på universum. Genom dess ögon brinner himlen av ett konstant diffust gammastrålningsljus. Cirka 70 procent av detta genereras av kosmiska strålar med hög energi som slår in i saker i vår galax. Resten kommer från bortom, från processer som vi ännu inte förstår.

På denna bakgrund ser Fermi också en och annan utbrott av gammastrålar från avlägsna våldsamma händelser som, om än kort, är bland de ljusaste sakerna i universum. Detta kosmiska fyrverkeri är vårt fönster till de mest extrema förhållandena i kosmos.

Dessa gammastrålningsskurar tros vara frigörandet av energi som motsvarar vår sols massa på en enda sekund, förmodligen när jättestjärnor kollapsar och bildar svarta hål eller när svarta hål eller neutronstjärnor kolliderar.

Fermi har hittills sett flera hundra av dessa utbrott med energier som sträcker sig över sex storleksordningar, den högsta är en händelse den 10 maj 2009 som producerade fotoner med en energi på 31 GeV, den högsta som någonsin observerats i rymden.

Exakt vilken mekanism som gör så högenergiljus är inte känt men mer data kommer säkert att hjälpa.

Fermi förändrar också vår förståelse av aktiva galaktiska kärnor: supermassiva svarta hål i mitten av galaxer. Genom att kombinera Fermis observationer av flare från dessa objekt med observationer vid andra våglängder, har astronomer visat att vilken mekanism som helst som genererar gammastrålar, även genererar annat ljus.

Men Fermis mest kontroversiella resultat involverar mörk materia. Tanken är att mörk materia partiklar ska förinta producerar gammastrålar. Detta borde producera gammastrålningslinjer vid specifika frekvenser men Fermi har inte hittat några bevis för detta.

Fler bevis kommer från dvärggalaxer som inte är lätta att se i den synliga delen av spektrumet eftersom de huvudsakligen består av mörk materia. Men Fermi borde kunna fånga upp gammastrålningen som denna mörka materia genererar. Hittills har den sett få bevis för detta och Baldini och co så dessa negativa bevis kommer snart att publiceras.

Detta är lockande bevis på att både fysiker och astronomer fortfarande smälter. Deras uppgift är att ta reda på om bevisen finns där och Fermi inte kan se dem eller att de inte finns där alls.

Fermis syn på universum är ett unikt sätt att studera mörk materia som ger en fascinerande motpol till jordbaserade experiment. Det är något som är värt att hålla ett öga på.

Ref: arxiv.org/abs/1106.3416 : Vetenskapliga höjdpunkter från Fermi Large Area Telescope

Dölj