Skupina hrvatskih znanstvenika s kolegama na Kanarima teleskopima MAGIC tražila je gamazrake koje bi mogle potjecati od čestica tamne materije…

Pomoću dvaju teleskopa promjera 17 metara smještenih na kanarskom otoku La Palmi, međunarodna grupa znanstvenika iz kolaboracije MAGIC, među kojima i brojni hrvatski, opažala je 223 sata središte Mliječne staze u potrazi za gama-zrakama koje bi mogle potjecati od čestica tamne materije. Tim opažanjima nije otkriven “potpis” neuhvatljive tamne materije, no sužen je popis svojstava koja se traže u takvim eksperimentima. Rezultati su objavljeni u časopisu Physical Review Letters.

Brojnim eksperimentima traži se tamna materija. Onima na LHC akceleratoru traga se za česticama tamne materije koje bi mogle nastati u sudarima protona, ali zasad nema potvrde. Nekoliko drugih eksperimenata postavljeno je tako da se traže čestice tamne tvari njezinim mogućim sudarima s atomima poznate nam materije. Treći način potrage je preko proizvoda njezina raspada, a jedan od njih su i gama-zrake, fotoni vrlo visokih energija koje teleskopi MAGIC mogu detektirati.

Teorija ne može jednoznačno predvidjeti masu čestica tamne tvari, već samo definirati široko područje masa za čestice tamne tvari, koje se kreću od jako male do vrlo velike mase. Tako da je zadatak provjeriti eksperimentima to široko područje masa za čestice tamne tvari. Neki eksperimenti su osjetljivi, tj. može se njima tražiti tamnu materiju u području malih masa, a teleskopima MAGIC može se tražiti tamnu materiju u području vrlo velikih masa. Brojnim eksperimentima od LHC-a do MAGIC-a sužava se područje masa čestica tamne tvari jer nije uočen karakterističan signal za čestice tamne tvari u određenom području masa – kaže prof. dr. sc. Nikola Godinović s Fakulteta elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Splitu, voditelj grupe hrvatskih znanstvenika na MAGIC-u.

Kako se precizno objašnjava u priopćenju uz ovaj rad, premda mnoga astronomska opažanja – uključujući rotacijske krivulje galaksija, gravitacijske leće i formiranje velikih struktura u svemiru – jasno potvrđuju da je većina materije u svemiru potpuno drukčija od materije koju susrećemo u svojoj neposrednoj okolini, prava priroda te “tamnne materije” dosad je izmicala svim pokušajima da joj se uđe u trag. Fizičari pretpostavljaju da bi tamnu materiju mogle sačinjavati zasad neotkrivene čestice koje su izvan standardnog modela čestica. Njihova identifikacija stoga bi mogla otvoriti put prema dubljem razumijevanju prirode u cjelini. Potraga za tim česticama traje već desetljećima, a znanstvenici širom svijeta koriste moćne akceleratore čestica, osjetljive podzemne eksperimente i ogromne teleskope kako bi konačno osvjetlili taj mračni kutak stvarnosti. Međutim, ta su nastojanja vrlo izazovna upravo zbog teško dokučive prirode čestica kandidata.

Te su čestice vjerojatno puno masivnije od osnovnih građevnih blokova obične materije kakvu nalazimo u atomskim jezgrama, a međudjeluju uglavnom gravitacijski (a možda i slabom silom). Nedostaje im ono osnovno svojstvo zahvaljujući kojem obično prepoznajemo i istražujemo običnu materiju: mogućnost da izravno apsorbiraju ili emitiraju svjetlost. Zato je bilo kakvom potpisu tamne materije teško ući u trag i teško ga je razlikovati od pozadine koja nastaje primjerice zvjezdanim eksplozijama i ostalim manje ili više običnim procesima u svemiru. No, možda ipak postoji šansa s obzirom da bi neke čestice tamne materije mogle međudjelovati jedna s drugom i u konačnici dati jedinstvene potpise poput emisije svjetlosti vrlo velike energije.

– Zaključak je ovog rada – kaže doc. dr. sc. Marina Manganaro s Fakulteta za fiziku Sveučilišta u Rijeci koja je Outreach & DEI koordinatorica kolaboracije MAGIC – da se signali koji bi potjecali od tamne materije ne mogu uočiti danas raspoloživim teleskopima. Ali smo uspjeli pomaknuti granice za uređaje sljedeće generacije kojima će se tražiti tamna tvar te smo uspjeli popraviti sadašnje teorijske modele dodajući važne nove informacije saznanjima o tamnoj tvari. Nju nismo pronašli, ali smo napravili korak naprijed prema rješavanju tog misterija. Istraživači su teleskope MAGIC usmjerili prema središtu naše vlastite galaksije, Mliječnog puta, jer postoje snažne indikacije da je u tom područje koncentrirana tamna materija. Analizom 223 sata opažačkih podataka, prikupljenih u periodu od sedam godina (od 2013. do 2020.), nije pronađeno ništa slično linijskoj emisiji.

Zoran Vitas