Gamma-stråler - det lyseste, mest kraftfulde lys i universet - sejler over himlen usynlige for menneskers øjne. Disse usædvanligt energiske udbrud af stråling blinker ud af supernova-eksplosioner, udløser de kolliderende neutronstjerner og spydes ud fra de sulteste sorte huller.
Når astronomer kan fange dem med gammastråle-teleskoper, peger disse usynlige fyrværkeri mod nogle af universets mest eksplosive strukturer. Nu håber et internationalt team af forskere, at disse almægtige stråler også kan føre til noget langt fremmed og mere undvigende - det usynlige stof kendt som mørkt stof.
I en ny undersøgelse, der blev accepteret til offentliggørelse i tidsskriftet Physical Review Letters, og detaljeret om den fortrykte database arXiv, så forskerne på, hvad de kalder "uopklaret gammastrålebaggrund" - det vil sige alt det svage og mystiske gammastråle signaler, der er til overs efter kendte kilder som sorte huller og supernovas, redegøres for. Da holdet sammenlignede et kort over uopløste gammastråler med et kort over stoftæthed i samme sektion af universet, fandt de, at strålerne var nøjagtigt på linje med tyngdekraftsmasse områder, hvor mørk stof blev forudsagt at gemme sig.
Ifølge undersøgelsesmedforfatter Daniel Gruen antyder denne sammenhæng, at mørkt stof i vid udstrækning kan være ansvarlig for universets svage gammastrålebaggrund. Hvis det er tilfældet, kan det give astronomer nogle vigtige ledetråde om det mystiske stofs egenskaber.
"Mørkt stof kan henfalde som en radioaktiv kerne og producere gammastråler, som det gør," fortalte Gruen, en astrofysiker ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory ved Stanford University i Californien, til Live Science. "Eller måske kolliderer flere mørke stofpartikler, hvilket producerer gammastråler, når de interagerer."
Krusninger i mørket
Mørk stof antages at udgøre omkring 85% af universets masse, skønt forskere stadig ikke er positive, hvad eller hvor det er. Helt usynlige for moderne videnskabelige instrumenter er tingene aldrig blevet opdaget med succes.
”Vi kender dog nogle af mørke materiens egenskaber,” sagde Gruen. "Vi ved, at det er meget almindeligt, og vi ved, at det har masse, der interagerer gravitationsmæssigt med anden masse."
Med andre ord, selvom mørk materie er usynlig, får den en synlig indflydelse på universet gennem dets stærke tyngdekraft. En af disse påvirkninger er kendt som gravitationslinsering - i det væsentlige hvordan lys fra fjerne galakser er fordrejet af tyngdekraften af de massive genstande, den passerer på vej mod Jorden.
I den nye undersøgelse kiggede forskerne på et kort over gravitationslinser i en bestemt del af universet, udarbejdet af et projekt kaldet Dark Energy Survey (DES). Undersøgelsens dedikerede kamera, der er monteret på et gigantisk teleskop i Chile, brugte et år på at knipse high-definition-billeder af hundreder af millioner galakser med fokus på, hvor fjernt lys er mest misformet af lommer med intens tyngdekraft. Mens nogle af de mest massive regioner på det resulterende kort svarer til kendte galakser, viser andre heftige lommer sandsynligvis den skjulte indflydelse af mørkt stof på arbejdet, sagde Gruen.
For bedre at forstå, hvordan denne indflydelse kan se ud, sammenlignede forskerne dette massekort med et kort over gammastråleemissioner, der blev opdaget i den samme region af NASAs Fermi gammastråleteleskop i de sidste ni år. Ved hjælp af en matematisk model fjernede teamet al stråling, der definitivt kunne bindes til "verdslige" kilder som sorte huller og supernovas, baseret på deres energiproduktion, afstand og forskellige andre faktorer.
Nu, kun med de mystiske "uopløste" gammastrålekilder, sammenlignede teamet begge kort. De så en klar overlapning mellem regioner med høj gammastråling og regioner med masser af masse.
"Dette er den første undersøgelse, hvor vi har været sikre på, at hvor der er mange gammastråler, der også er en masse mørk stof," sagde Gruen.
Hvis mørkt stof virkelig udsender gammastråler, kan det alvorligt indsnævre, hvordan det opdages, og hvad det faktisk er lavet af. Det er dog stadig muligt, at den svage gammastrålebaggrund på Fermi-kortet ikke har noget at gøre med mørkt stof, sagde Gruen. Den matematiske model, som forskerne brugte til at udslette disse "jordiske" kilder til gammastråleemissioner (som sorte huller), er baseret på nogle antagelser om disse objekter 'egenskaber. Hvis disse antagelser er forkerte, kunne fjerne sorte huller være ansvarlige for meget mere af den mystiske gammastrålebaggrund, end forskerne redegjorde for.
”Måske er denne model ufuldstændig, og måske lærer vi faktisk noget om disse gammastråle-udsendende sorte huller,” sagde Gruen. "Måske lever disse sorte huller i mere massive galakser, end vi troede."
Flere data om både gammastråler og gravitationslinsering vil hjælpe teamet med at finpudse deres model og bedre fortolke deres kort over universet. Siden undersøgelsens konklusion har DES indsamlet seks gange mere information om universets massefordeling, og FERMI-satellitten er stadig en af mange teleskoper, der sporer gammastråleeksplosioner. En opfølgningsundersøgelse, der viser endnu tydeligere resultater, bør følge i de næste par år, sagde Gruen.
