NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop har hittat en signal i mitten av den närliggande Andromeda-galaxen som kan indikera närvaron av det mystiska materialet som kallas mörk materia. Gammastrålningssignalen liknar den som Fermi såg i mitten av vår egen Vintergatans galax.

Gammastrålar är den högsta energiformen av ljus, produceras av universums mest energiska fenomen. De är vanliga i galaxer som Vintergatan eftersom kosmiska strålar, partiklar som rör sig nära ljusets hastighet, producerar gammastrålar när de interagerar med interstellära gasmoln och stjärnljus.

Förvånande, de senaste Fermi-data visar att gammastrålarna i Andromeda – även känd som M31 – är begränsade till galaxens centrum istället för att spridas överallt. För att förklara denna ovanliga fördelning, forskare föreslår att utsläppen kan komma från flera obestämda källor. En av dem kan vara mörk materia, ett okänt ämne som utgör större delen av universum.

"Vi förväntar oss att mörk materia kommer att ackumuleras i de innersta delarna av Vintergatan och andra galaxer, det är därför det är väldigt spännande att hitta en så kompakt signal, " sa den ledande forskaren Pierrick Martin, en astrofysiker vid National Center for Scientific Research och Research Institute in Astrophysics and Planetology i Toulouse, Frankrike. "M31 kommer att vara en nyckel för att förstå vad detta betyder för både Andromeda och Vintergatan."

En artikel som beskriver resultaten kommer att dyka upp i ett kommande nummer av The Astrofysisk tidskrift .

En annan möjlig källa till detta utsläpp kan vara en rik koncentration av pulsarer i M31:s centrum. Dessa snurrande neutronstjärnor väger så mycket som dubbelt så mycket som solen och är bland de tätaste objekten i universum. En tesked neutronstjärnemateria skulle väga en miljard ton på jorden. Vissa pulsarer avger det mesta av sin energi i gammastrålar. Eftersom M31 är 2,5 miljoner ljusår bort, det är svårt att hitta enskilda pulsarer. För att testa om gammastrålarna kommer från dessa föremål, forskare kan tillämpa vad de vet om pulsarer från observationer i Vintergatan till nya röntgen- och radioobservationer av Andromeda.

Nu när Fermi har upptäckt en liknande gammastrålningssignatur i både M31 och Vintergatan, forskare kan använda denna information för att lösa mysterier inom båda galaxerna. Till exempel, M31 sänder ut få gammastrålar från sin stora skiva, där de flesta stjärnor bildas, vilket tyder på att färre kosmiska strålar strövar där. Eftersom kosmiska strålar vanligtvis tros vara relaterade till stjärnbildning, frånvaron av gammastrålar i de yttre delarna av M31 antyder antingen att galaxen producerar kosmiska strålar annorlunda, eller att de kan fly galaxen snabbare. Att studera Andromeda kan hjälpa forskare att förstå livscykeln för kosmiska strålar och hur det är kopplat till stjärnbildning.

"Vi förstår inte helt vilka roller kosmiska strålar spelar i galaxer, eller hur de reser genom dem, sa Xian Hou, en astrofysiker vid Yunnan Observatories, kinesiska vetenskapsakademin i Kunming, Kina, också en ledande forskare i detta arbete. "M31 låter oss se hur kosmiska strålar beter sig under förhållanden som skiljer sig från de i vår egen galax."

Den liknande upptäckten i både Vintergatan och M31 innebär att forskare kan använda galaxerna som modeller för varandra när de gör svåra observationer. Medan Fermi kan göra mer känsliga och detaljerade observationer av Vintergatans centrum, dess sikt är delvis skymd av utsläpp från galaxens skiva. Men teleskop ser Andromeda från en yttre utsiktspunkt som är omöjlig att nå i Vintergatan.

"Vår galax är så lik Andromeda, det hjälper oss verkligen att kunna studera det, eftersom vi kan lära oss mer om vår galax och dess bildning, " sa medförfattaren Regina Caputo, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Det är som att leva i en värld där det inte finns några speglar men du har en tvilling, och du kan se allt fysiskt om tvillingen."

Medan fler observationer är nödvändiga för att fastställa källan till gammastrålningsöverskottet, upptäckten ger en spännande utgångspunkt för att lära dig mer om båda galaxerna, och kanske om mörk materias fortfarande svårfångade natur.

"Vi har fortfarande mycket att lära om gammahimlen, " sa Caputo. "Ju mer information vi har, desto mer information kan vi lägga in i modeller av vår egen galax."