En konstnärs tolkning av Vintergatan visar den "boxiga" fördelningen av stjärnor i Galactic Center. Ett UCI-ledda team av fysiker sa i en nyligen publicerad studie att denna form lämnar väldigt lite utrymme för överflödig strålning från förstörelsen av mörk materia partiklar. Kredit:Oscar Macias för UCI
Detekteringen av Fermi Gamma Ray Space Telescope för mer än ett decennium sedan av ett överskott av högenergistrålning i mitten av Vintergatan övertygade vissa fysiker om att de såg bevis på förintelsen av mörk materia partiklar, men ett team ledd av forskare vid University of California, Irvine har uteslutit den tolkningen.
I en artikel som nyligen publicerades i tidskriften Fysisk granskning D , UCI-forskarna och kollegorna vid Virginia Polytechnic Institute och State University och andra institutioner rapporterar att de – genom en analys av Fermi-data och en uttömmande serie modelleringsövningar – kunde fastställa att de observerade gammastrålarna inte kunde ha producerats av vad som kallas svagt interagerande massiva partiklar, mest populärt teoretiserat som mörk materia.
Genom att eliminera dessa partiklar, vars förstörelse kan generera energier på upp till 300 giga-elektronvolt, tidningens författare säger, de har satt de starkaste begränsningarna hittills på egenskaperna hos mörk materia.
"I 40 år eller så, den ledande kandidaten för mörk materia bland partikelfysiker var en termisk, svagt interagerande och svag skala partikel, och detta resultat för första gången utesluter att kandidat upp till mycket höga partiklar, " sa medförfattaren Kevork Abazajian, UCI professor i fysik och astronomi.
"I många modeller, denna partikel sträcker sig från 10 till 1, 000 gånger massan av en proton, med mer massiva partiklar som teoretiskt sett är mindre attraktiva som en mörk materiepartikel, " lade medförfattaren Manoj Kaplinghat till, också en UCI-professor i fysik och astronomi. "I det här pappret, vi eliminerar kandidater för mörk materia över det gynnade intervallet, vilket är en enorm förbättring av de begränsningar vi sätter på möjligheterna att dessa är representativa för mörk materia."
Abazajian sa att mörk materia-signaler kan trängas ut av andra astrofysiska fenomen i Galactic Center - som stjärnbildning, kosmisk strålavböjning från molekylär gas och, mest anmärkningsvärt, neutronstjärnor och millisekundspulsarer – som källor till överskott av gammastrålar som upptäckts av Fermi-rymdteleskopet.
"Vi tittade på alla olika modelleringar som pågår i Galactic Center, inklusive molekylär gas, stjärnemissioner och högenergielektroner som sprider lågenergifotoner, sa medförfattaren Oscar Macias, en postdoktor i fysik och astronomi vid Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe vid University of Tokyo vars besök på UCI 2017 initierade detta projekt. "Vi tog över tre år att dra alla dessa nya, bättre modeller tillsammans och undersöka utsläppen, att finna att det finns lite utrymme kvar för mörk materia."
Denna representation av data från rymdteleskopet Fermi Gamma Ray efter lanseringen 2008 visar ett överskott av högenergistrålning i Vintergatans galaktiska centrum. Många fysiker tillskrev detta till förintelsen av svagt interagerande mörk materia partiklar, men en UCI-ledd studie har uteslutit denna möjlighet genom en rad partikelmassor. Kredit:Oscar Macias för UCI
Macias, som också är postdoktor vid GRAPPA Center vid universitetet i Amsterdam, tillade att detta resultat inte skulle ha varit möjligt utan data och programvara från Fermi Large Area Telescope-samarbetet.
Gruppen testade alla klasser av modeller som används i Galactic Center-regionen för analyser av överskottsutsläpp, och dess slutsatser förblev oförändrade. "Man skulle behöva skapa en diffus emissionsmodell som lämnar ett stort "hål" i dem för att lätta på våra begränsningar, och vetenskap fungerar inte så, sa Macias.
Kaplinghat noterade att fysiker har förutspått att strålning från förintelse av mörk materia skulle representeras i en snygg sfärisk eller elliptisk form som kommer från Galactic Center, men överskottet av gammastrålning som upptäcktes av Fermi-rymdteleskopet efter utbyggnaden i juni 2008 visar sig som en triaxial, stångliknande struktur.
"Om du tittar på Galactic Center, du ser att stjärnorna är fördelade på ett boxigt sätt, " sa han. "Det finns en skiva av stjärnor, och mitt i centrum, det finns en utbuktning som är cirka 10 grader på himlen, och det är faktiskt en mycket specifik form - en sorts asymmetrisk låda - och den här formen lämnar väldigt lite utrymme för ytterligare mörk materia."
Utesluter denna forskning förekomsten av mörk materia i galaxen? "Nej, ", sa Kaplinghat. "Vår studie begränsar den typ av partikel som mörk materia kan vara. De många bevisen för mörk materia i galaxen är robusta och opåverkade av vårt arbete."
Långt ifrån att betrakta teamets resultat som nedslående, Abazajian sa att de borde uppmuntra fysiker att fokusera på andra koncept än de mest populära.
"Det finns många alternativa kandidater för mörk materia där ute, ", sa han. "Sökningen kommer att bli mer som en fiskeexpedition där du inte redan vet var fisken är."
