Mörk materia är ett av vetenskapens största mysterier. Det absorberar, reflekterar eller avger inte ljus, så vi kan inte se det. Men dess närvaro antyds av gravitationseffekterna den verkar ha på galaxer.
Även om mörk materia utgör cirka 85 % av kosmos, vet forskarna väldigt lite om dess grundläggande natur.
Teorier finns i överflöd, och forskning av postdoktor vid Clemson University Alex McDaniel ger några av de strängaste begränsningarna för mörk materias natur hittills. Hans forskning avslöjar också en liten antydan om en signal som, om den är verklig, kan bekräftas någon gång under nästa decennium eller så.
Verket publiceras i tidskriften Physical Review D .
"Med datainsamling och nya upptäckter i framtiden kan denna lilla antydan potentiellt förvandlas till en mycket konkret upptäckt av en mörk materiamodell," sa McDaniel.
Att upptäcka mörk materia skulle vara banbrytande.
"Mörk materia är en av de viktigaste sakerna inom astrofysik, och vi vet nästan ingenting om det. Att upptäcka det kommer att bli ett enormt genombrott", säger Marco Ajello, docent vid Clemson Institutionen för fysik och astronomi och McDaniels rådgivare. "Den som upptäcker kan vinna ett Nobelpris. Det är så stort."
I detta arbete sökte McDaniel och medarbetare i dvärggalaxer efter mörk materia som självförintas till vanlig materia och gammastrålar, en form av ljus på de högsta energinivåerna. Dvärggalaxer är idealiska för studier eftersom de är små, rika på mörk materia och mestadels saknar andra astrofysiska fenomen som gas, damm och supernova som kan kontaminera fynden.
"Vi letar efter dessa eftersom de idealiskt ger oss en ren signal eller tillåter oss att utesluta vissa partikelteorier," sa McDaniel.
Vissa modeller förutspår att mörk materia har en viss massa eller tvärsnitt, vilket är sannolikheten för att en specifik händelse inträffar på grund av samverkan mellan partiklar. Det skulle avgöra vad forskare skulle förvänta sig att se i gammastrålar. Om de inte ser det kan de utesluta de där massorna och tvärsnitten, sa han.
"I det här dokumentet utesluter vi mer och säger att mörk materia inte kan ha dessa massor eller tvärsnitt", säger Chris Karwin, en tidigare postdoc vid Clemson och medförfattare till studien. Karwin är nu postdoktor vid NASA Goddard Space Flight Center. "Men jämfört med tidigare studier börjar vi se en antydan om något som kan vara en signal från dessa system."
McDaniels studie använder de större proverna som inkluderar ytterligare upptäckta dvärggalaxer och större mängder data än tidigare studier. Han inkluderade cirka 50 dvärggalaxer i sin studie men sa att med nya, kraftfullare teleskop som kommer online inom en snar framtid förväntar han sig att siffran kommer att öka till 150–200.
"De nya teleskopen är i grunden dvärggalaxdetektorer", sa han. "Vi förutspår med dessa förbättringar att det är möjligt att istället för att ha bara en liten antydan om en signal, kan vi ha något som är en uppriktig upptäckt."
Ajello tillade, "Om den [signalen] är verklig kommer den så småningom att bekräftas."
Mer information: Alex McDaniel et al, Legacy analys av mörk materia förintelse från Vintergatans dvärg sfäroidala galaxer med 14 års Fermi -LAT data, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.063024 På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2311.04982
Tillhandahålls av Clemson University
