Gamma-stråler - det lyseste, kraftigste lyset i universet - seiler over himmelen usynlige for menneskers øyne. Disse eksepsjonelt energiske utbruddene av stråling blinker ut av supernovaeksplosjoner, gnister av kolliderende nøytronstjerner og spyr ut fra de hungreste sorte hullene.
Når astronomer kan fange dem med gammastråle-teleskoper, peker disse usynlige fyrverkeriene mot noen av universets mest eksplosive strukturer. Nå håper et internasjonalt team av forskere at disse kraftige strålene også kan føre til noe langt fremmed og mer unnvikende - det usynlige stoffet kjent som mørk materie.
I en ny studie som ble akseptert for publisering i tidsskriftet Physical Review Letters, og detaljert om forhåndstrykkdatabasen arXiv, så forskerne på hva de kaller "uoppklart gammastrålebakgrunn" - det vil si all den svake og mystiske gammastrålen signaler som er til overs etter kjente kilder som sorte hull og supernovaer blir redegjort for. Da teamet sammenlignet et kart over uløste gammastråler med et kart over materitetstetthet i samme del av universet, fant de ut at strålene stemte nøyaktig overens med gravitasjonsmessige områder der mørk materie ble spådd å gjemme seg ut.
I følge studiemedforfatter Daniel Gruen antyder denne korrelasjonen at mørk materie i stor grad kan være ansvarlig for universets svake gammastrålebakgrunn. Hvis det er tilfelle, kan det gi astronomer noen viktige ledetråder om det mystiske stoffets egenskaper.
Gruen, en astrofysiker ved Institutt for energis SLAC National Accelerator Laboratory ved Stanford University i California, fortalte Live Science. "Eller kanskje kolliderer flere mørkstoffpartikler og produserer gammastråler når de samvirker."
Krusninger i mørket
Mørk materie antas å utgjøre omtrent 85% av universets masse, selv om forskere fortsatt ikke er positive hva eller hvor det er. Helt usynlig for moderne vitenskapelige instrumenter, har ting aldri blitt oppdaget med hell.
"Vi kjenner imidlertid til noen av mørk materiens egenskaper," sa Gruen. "Vi vet at det er veldig vanlig, og vi vet at det har masse som samvirker gravitasjonsmessig med annen masse."
Med andre ord, selv om mørk materie er usynlig, gjør den en synlig innvirkning på universet gjennom dets kraftige tyngdekraft. En av disse innvirkningene er kjent som gravitasjonslinsering - i hovedsak hvordan lys fra fjerne galakser blir skjevt av tyngdekraften til de massive objektene den passerer på vei mot Jorden.
For den nye studien så forskerne på et kart over gravitasjonslinser i en spesiell del av universet, samlet av et prosjekt kalt Dark Energy Survey (DES). Undersøkelsens dedikerte kamera, som er montert på et gigantisk teleskop i Chile, brukte et år på å knipse høydefinisjonsbilder av hundrevis av millioner galakser, med fokus på hvor fjernt lys er mest feilformet av lommer med intens tyngdekraft. Mens noen av de mest massive områdene på det resulterende kartet tilsvarer kjente galakser, viser andre heftige lommer sannsynligvis den skjulte påvirkningen av mørk materie på jobben, sa Gruen.
For bedre å forstå hvordan den innflytelsen kan se ut, sammenlignet forskerne dette massekartet med et kart over gammastråleutslipp som ble oppdaget i samme region av NASAs Fermi gammastråle-teleskop de siste ni årene. Ved hjelp av en matematisk modell fjernet teamet all stråling som definitivt kunne knyttes til "jordiske" kilder som sorte hull og supernovaer, basert på deres energiutgang, avstand og forskjellige andre faktorer.
Nå, bare med de mystiske "uavklarte" gammastrålekildene, sammenlignet teamet begge kartene. De så en klar overlapping mellom regioner med høy gammastråle-stråling og regioner med mye masse.
"Dette er den første studien der vi har vært sikre på at det, der det er mye gammastråler, også er mye mørk materie," sa Gruen.
Hvis mørk materie virkelig sender ut gammastråler, kan det for alvor redusere hvordan det oppdages og hva det faktisk er laget av. Imidlertid er det fortsatt mulig at den svake gammastrålebakgrunnen på Fermikartet ikke har noe med mørk materie å gjøre, sa Gruen. Den matematiske modellen som forskerne brukte for å luke ut de "jordiske" kildene til gammastråleutslipp (for eksempel sorte hull) er basert på noen antagelser om disse objektenes egenskaper. Hvis disse antagelsene er gale, kan fjerne sorte hull være ansvarlige for mye mer av den mystiske gammastrålebakgrunnen enn forskerne sto for.
"Kanskje den modellen er ufullstendig, og kanskje vi faktisk lærer noe om disse gammastråle-emitterende sorte hullene," sa Gruen. "Kanskje lever disse svarte hullene i mer massive galakser enn vi trodde."
Mer data om både gammastråler og gravitasjonslinser vil hjelpe teamet å finpusse modellen og bedre tolke kartene over universet. Siden studiens konklusjon har DES samlet inn seks ganger mer informasjon om universets massefordeling, og FERMI-satellitten er fortsatt en av mange teleskoper som sporer gammastråleeksplosjoner. En oppfølgingsstudie som viser enda tydeligere resultater, bør følge de neste årene, sa Gruen.
