När astrofysiker tittar på gammastrålningen från en galax utanför vår egen, allt de vanligtvis ser är en liten fläck eftersom galaxen är extremt långt borta. Så, när en galax visas som en förlängd klump, något extraordinärt måste pågå som kan hjälpa forskare att bättre förstå egenskaperna hos rymden.

Nu, vetenskapsmän, inklusive forskare från Department of Energys SLAC National Accelerator Laboratory, har sammanställt den mest detaljerade katalogen över sådana blobbar med hjälp av åtta års data som samlats in med Large Area Telescope (LAT) på NASA:s Fermi Gamma-Ray Space Telescope. Blobbarna, inklusive 19 gammastrålkällor som inte var kända för att utökas tidigare, ge viktig information om hur stjärnor föds, hur de dör, och hur galaxer spyr ut materia biljoner mil i rymden.

Spännande nog, fastän, det var de kosmiska regionerna där de inte hittade blubbar som kastade nytt ljus över två särskilt mystiska ingredienser i universum:mörk materia – en osynlig form av materia sex gånger vanligare än vanlig materia – och magnetfältet som genomsyrar utrymmet mellan galaxer och vars ursprung är okänt.

"Dessa data är väldigt spännande eftersom de tillåter oss att studera några av de mest grundläggande processerna i universum, och de kan potentiellt leda oss att upptäcka helt ny fysik, " säger NASA-forskaren Regina Caputo, en av ledarna för den senaste studien av det internationella Fermi-LAT-samarbetet, som publicerades i Astrofysisk tidskrift .

Klumpar av mörk materia

En av sakerna som forskarna letade efter var gammastrålklumpar förknippade med sällskapsgalaxer som kretsar kring vår Vintergatan. Eftersom den svagaste av dessa satelliter innehåller väldigt få stjärnor, de tros hållas samman av mörk materia.

Forskare tror att mörk materia kan vara gjord av partiklar som kallas WIMPs, som skulle avge gammastrålar när de kolliderar och förstör varandra. En gammastrålningssignal som kommer från en ultrasvag satellitgalax skulle vara en stark antydan om att WIMPS existerar.

"Våra simuleringar av galaxbildning förutspår att det borde finnas fler satellitgalaxer än de vi har kunnat upptäcka i optiska undersökningar, " säger Caputo. "En del av dem kan vara så svaga att vi kanske bara kan se dem om de producerar gammastrålar på grund av förintelse av mörk materia."

I den nya studien, forskarna från Fermi-LAT sökte efter gammastrålar associerade med de förutspådda satellitgalaxerna. De hittade inga. Men även det faktum att de kom upp tomhänta är ett viktigt resultat:det kommer att tillåta dem, i framtida studier, att definiera fördelningen av mörk materia i Vintergatans satelliter och sannolikheten att WIMP producerar gammastrålar. Det ger också ny input för modeller av galaxutveckling.

Svag kosmisk magnetism

Forskarna använde också sina data för att få mer information om styrkan hos magnetfältet mellan galaxer, som de hoppas ska vara en viktig pusselbit för att bestämma fältets ursprung.

För denna del av studien, teamet tittade på blazarer – aktiva galaxer som spottar höghastighetsstrålar av plasma långt ut i rymden. Rymdfarkosten Fermi kan upptäcka gammastrålar associerade med jetstrålar som pekar i jordens riktning.

Blazarer framstår som punktliknande källor, men en mekanism som involverar det intergalaktiska magnetfältet kan potentiellt få dem att se ut som utökade källor, säger Manuel Meyer, en Humboldt-stipendiat vid Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) och en annan huvudförfattare till studien.

Forskarna hittade inga blobbar associerade med blazarer. På nytt, denna utebliven information var värdefull information:Den gjorde det möjligt för teamet att beräkna att magnetfältet är minst en tiondel av en miljonte miljarddel så starkt som jordens magnetfält. Magnetfältets övre gräns – en miljard gånger svagare än jordens fält – var redan känd.

Det intergalaktiska fältet är starkare än forskarna hade förväntat sig, Meyer säger, och denna nya information kan hjälpa dem att ta reda på om den härrör från material som spills ut i rymden på senare tid eller om det skapades i processer som inträffade i tidigare kosmisk historia.

Den kosmiska magnetismen kan också ha kopplingar till mörk materia. Som ett alternativ till WIMP-modellen, mörk materia föreslås vara gjord av lättare partiklar som kallas axioner som kan komma från gammastrålar (och omvandlas tillbaka till dem) i närvaro av ett magnetfält. "För att det ska hända, fältstyrkan skulle behöva vara närmare sin övre gräns, fastän, " säger Meyer. "Det är definitivt intressant att ta hänsyn till den här mekanismen i våra studier av mörk materia, och vi gör detta just nu inom Fermi-LAT-samarbetet."