Die Fermi-teleskoop het skoon waarnemings gemaak van oortollige γ-straal-emissie in die middelpunt van ons tuisgalaksie, wat nie-sferies en afgeplat gelyk het. Hierdie oortollige γ-straal, wat as die Galaktiese Sentrumoormaat (GCE) verwys word, is 'n moontlike teken van donker materie wat ontstaan as 'n produk van selfvernietiging van swak interaktiewe massiewe deeltjies (WIMP's), 'n kandidaat vir donker materie-deeltjies. Die oortollige γ-straal wat by die galaktiese middelpunt waargeneem word, kan egter ook te wyte wees aan ou millisekonde-pulsars (MSP's). Tot dusver is daar geglo dat die GCE-morfologie as gevolg van donker materie (DM) sferies sou wees. 'n Onlangse simulasiestudie toon dat gammastraalmorfologie as gevolg van DM beduidend nie-sferies en afgeplat kan wees. Dit beteken dat beide donker materie (DM)-vernietigings en millisekonde-pulsars (MSP's)-hipoteses vir die waargenome GCE ewe moontlik is. Die gammastrale wat in die vernietiging van donker materie (DM) geproduseer word, sou 'n uiters hoë energievlak van ongeveer 0.1 tera-elektron-volt (TeV) hê. Die standaard gammastraalteleskope kan nie hierdie hoë-energie fotone direk opspoor nie. Daarom sal bevestiging van die donker materie (DM) model van Galaktiese Sentrum Oormaat (GCE) moontlik wees na voltooiing van studies deur die tera γ-straal observatoria soos die Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) en Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO).
Die verhaal van donker materie het in 1933 begin toe Fritz Zwicky waargeneem het dat die vinnig bewegende sterrestelsels in die Coma-sterreswerm nie bymekaar kan hou en stabiel kan bly sonder die teenwoordigheid van bykomende materie wat op een of ander manier onsigbaar is nie, maar voldoende swaartekrag-effek uitoefen om te keer dat sterrestelsels uitmekaar val. Hy het die term "donker materie" geskep om na sulke onsigbare materie te verwys. In die 1960's het Vera Rubin 'n belangrike bydrae gelewer tot ons begrip van donker materie. Sy het opgemerk dat die sterre aan die buitenste kante van Andromeda en ander sterrestelsels teen 'n spoed so vinnig soos die snelhede van die sterre na die middelpunt gedraai het. Vir die gegewe som van alle waargenome materie, moes die sterrestelsel uitmekaar gevlieg het, wat die teenwoordigheid van bykomende onsigbare materie noodsaak wat die sterrestelsels bymekaar hou en veroorsaak dat hulle teen hoë snelhede roteer. Haar metings van rotasiekrommes van die Andromeda-sterrestelsel het die vroegste bewyse van donker materie verskaf.
Nou weet ons dat donker materie nie met lig of elektromagnetiese krag in wisselwerking tree nie. Dit absorbeer, weerkaats of straal nie lig of enige ander elektromagnetiese straling uit nie en is onsigbaar, daarom word dit donker genoem. Maar dit groepeer swaartekragtig en het 'n swaartekrageffek op gewone materie, en dit is hoe die teenwoordigheid daarvan in die ruimte oor die algemeen afgelei word. Sterrestelsels word in ewewig gehou deur die swaartekrageffek van die donker materie wat soveel as 26.8% van die massa-energie-inhoud van die heelal uitmaak, terwyl die hele waarneembare heelal, insluitend al die baryoniese gewone materie waaruit ons almal bestaan, slegs 4.9% van die heelal uitmaak. Die oorblywende 68.3% van die massa-energie-inhoud van die heelal is donker energie.
Dit is nie bekend wat donker materie werklik is nie. Geen fundamentele deeltjies in die Standaard Model het eienskappe wat nodig is om donker materie te wees. Miskien maak hipotetiese "supersimmetriese deeltjies" wat vennote is van die deeltjies in die Standaardmodel donker materie. Miskien is daar 'n parallelle wêreld van donker materie. WIMP's (Swak Interaktiewe Massiewe Deeltjies), aksiene of steriele neutrino's is gehipotetiseerde deeltjies buite die Standaardmodel wat toonaangewende kandidate is. Geen sukses is egter nog behaal met die opsporing van sulke deeltjies nie.
Daar is verskeie projekte (soos XENON-eksperiment, DarkSide-20k Projek, EURECA-eksperiment, en RES-NOVA) tans aan die gang vir direkte opsporing van donker materie-deeltjies. Dit is meestal vloeibare edelgasdetektors of kriogeniese detektors wat ontwerp is om dowwe seine van interaksies van donker materie-deeltjies op te spoor. Ten spyte van baie nuwe benaderings, kon geen projek egter nog enige donker materie-deeltjie direk opspoor nie.
Vir die indirekte bewyse van donker materie, kan 'n mens soek na gravitasie-effekte van donker materie, soos Fritz Zwicky en Vera Rubin gedoen het om donker materie te ontdek deur te bestudeer hoe sterrestelsels bymekaar gehou word ten spyte daarvan dat hulle snelhede buite verhouding hoog het vir die waargenome gewone materie. Die gravitasie-effekte van lensvorming (buiging van lig) en effekte op die beweging van sterre in die ruimte kan ook indirekte bewyse lewer van die teenwoordigheid van donker materie. Daarbenewens kan annihilasieprodukte (soos gammastrale, neutrino's en kosmiese strale) wat geskep word wanneer donker materiedeeltjies met mekaar in die ruimte bots, ook die teenwoordigheid van donker materie aandui. Een so 'n plek waar donker materie voorspel is op grond van produkte van annihilasie van donker materiedeeltjies, is die middelpunt van ons tuissterrestelsel, die Melkweg.
Opsporing van donker materie in die middelpunt van ons tuissterrestelsel Melkweg
Daar was aanduidings van 'n oormatige diffuse mikrogolf-sentrale gloed in die middel van die Melkweg (MW). Daar is voorgestel dat die oormatige gloed te wyte is aan sinkrotron-emissie van relativistiese elektrone en positrone wat gegenereer word in WIMP-donkermaterie-annihilasie, daarom is 'n uitgebreide diffuse γ-straalsein in die energiebereik tot 'n paar honderd GeV voorspel. Vervolgens het die Fermi-Large Area Telescope (LAT) die γ-straalsein opgespoor wat geïdentifiseer is as die Galaktiese Sentrumoormaat (GCE). Gou is besef dat die Galaktiese Sentrumoormaat (GCE) ook te wyte kon wees aan ou neutronsterre (millisekonde-pulsars). Daar is gedink dat die morfologie van die GCE belangrik sou wees – 'n simmetriese sferiese GCE sou dui op γ-straalemissie van die annihilasie van donkermaterie (DM)-deeltjies, terwyl 'n afgeplatte morfologie van GCE suggestief sou wees van γ-straalemissie van millisekonde-pulsars (MSP).
Uitgebreide waarneming van die Melkweg se galaktiese sentrum deur die Fermi-Large Area Telescope (LAT) het 'n afgeplatte asferisiteit aan die lig gebring. Gewoonlik sou 'n mens die waargenome asferisiteit met ou sterre (MSP) assosieer, maar 'n onlangse studie wat op 16 Oktober 2025 gepubliseer is, het tot die gevolgtrekking gekom dat die GCE-morfologieë wat deur beide ou sterre (MSP) en donker materie (DM) vernietigingsmodelle voorspel word, ononderskeibaar is.
Om die verspreiding van donker materie te bestudeer, het die navorsers 'n simulasie van die morfologie van MW (Melkweg)-agtige sterrestelsels uitgevoer. Hulle het gevind dat die donker materie-halo's rondom die sterrestelsels sowel as rondom die sentrale streke van die sterrestelsels selde sferies was soos aanvaar in die anisotropiese model. In plaas daarvan het die analise 'n afgeplatte donker materie-digtheidsprojeksie vir al die sterrestelsels getoon. Hierdie nie-assimmetriese donker materie (DM) verspreiding is ook getoon deur die samesmeltingsgeskiedenis van die Melkweg-sterrestelsel in die eerste drie miljard jaar in die geskiedenis van die heelal. Die waargenome morfologie van GCE is afgeplat oor die sentrale gebied, wat algemeen beskou word as kenmerkend van ou ster (MSP) verspreiding. Die nuwe studie het getoon dat die donker materie (DM) 'n soortgelyke boksige verspreiding genereer. Dus is beide donker materie (DM) vernietiging en millisekonde pulsars (MSP's) hipoteses vir die waargenome GCE ewe moontlik.
Of die waargenome GCE te wyte is aan donker materie (DM) of aan millisekonde-pulsars (MSP's) sal bekend wees wanneer γ-straal-observatoria soos die Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) en die Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) hul tera-gammastraalstudies in die toekoms voltooi. Die gammastrale wat as 'n vernietigingsproduk van donker materie (DM) in die galaktiese sentrum geproduseer word, sal ultra-hoë-energie fotone wees met 'n uiters hoë energievlak van ongeveer 0.1 tera-elektron-volt (TeV). Standaard gammastraalteleskope kan nie hierdie hoë-energie fotone direk opspoor nie. Tera-gammastrale gaan 'n belangrike teiken wees vir toekomstige γ-straal-observatoria soos CTAO en SWGO.
Hierdie studie is 'n stap vorentoe in die opsporing van donker materie in die ruimte deur sy annihilasieprodukte, maar die teenwoordigheid van donker materie in die galaktiese sentrum sal in die toekoms bevestiging deur die ultra-hoë-energie γ-straal-observatoria soos CTAO of SWGO vereis. Veel meer betekenisvolle vordering in die wetenskap van donker materie sou die direkte opsporing van enige DM-deeltjie wees.
***
Verwysings:
- Hochberg, Y., Kahn, YF, Leane, RK et al. Nuwe benaderings tot die opsporing van donker materie. Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4
- Misiaszeka M. en Rossib N. 2024. Direkte opsporing van donker materie: 'n kritiese oorsig. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201
- Instituto de Física Corpuscular. Op soek na donker materie: 'n nuwe benadering tot die opsporing van die onsigbare. 22 Augustus 2025. Beskikbaar by https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible
- Muru MM, et al 2025. Fermi-LAT Galaktiese Sentrum Oormatige Morfologie van Donker Materie in Simulasies van die Melkweg-sterrestelsel. Physical Review Letters. 135, 161005. Gepubliseer 16 Oktober 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd Voorafgedrukte weergawe by arXiv. Ingedien op 8 Augustus 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314
- Johns Hopkins Universiteit. Nuus – Geheimsinnige gloed in die Melkweg kan bewys wees van donker materie. Geplaas op 16 Oktober 2025. Beskikbaar by https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/
- Leibniz Instituut vir Astrofisika. Nuus – Melkweg toon gammastraal-oormaat as gevolg van donker materie-vernietiging. Geplaas 17 Oktober 2025. Beskikbaar by https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/
- Fermi Gammastraal-ruimteteleskoop. Beskikbaar by https://science.nasa.gov/mission/fermi/
- Cherenkov Teleskoop Array Observatorium (CTAO). Beskikbaar by https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/
- Die Suidelike Wyeveld Gammastraal-Observatorium (SWGO). Beskikbaar by https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub
- Tartu-sterrewag. Donker kant van die heelal. Beskikbaar by https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe
***
, this excess γ-ray is a possible signature of dark matter arising as a product of self-annihilations of weakly interacting massive particles (WIMPs), a dark matter particle candidate. However, the excess γ-ray observed at the galactic centre may also be due to old millisecond pulsars (MSPs). Hitherto, it was held that the morphology GCE due to dark matter (DM) would be spherical. A recent simulation study reveals that gamma-ray morphology due to DM could be significantly nonspherical and flattened. This means both dark matter (DM) annihilations and millisecond pulsars (MSPs) hypotheses for the observed GCE are equally possible. The gamma rays produced in the annihilation of dark matter (DM) would have an extremely high energy level of approximately 0.1 tera-electron-volts (TeV). The standard gamma-ray telescopes cannot detect these high-energy photons directly. Hence, confirmation of dark matter (DM) model of Galactic Centre Excess (GCE) would be possible upon completion of studies by the tera γ-ray observatories like CTAO and SWGO.){kind=link}