Тамна материја у центру наше матичне галаксије 

Фермијев телескоп је извршио јасно посматрање вишка емисије γ-зрака у центру наше матичне галаксије, која је изгледала несферично и спљоштено. Назван Галактички центарски вишак (GCE), овај вишак γ-зрака је могући потпис тамне материје која настаје као производ самоанихилације слабо интерагујућих масивних честица (WIMP), кандидата за честице тамне материје. Међутим, вишак γ-зрака примећен у галактичком центру може бити и последица старих милисекундних пулсара (MSP). До сада се сматрало да би морфологија GCE услед тамне материје (DM) била сферна. Недавна симулациона студија открива да би морфологија гама-зрака услед DM могла бити значајно несферична и спљоштена. То значи да су и хипотезе о анихилацији тамне материје (DM) и о милисекундним пулсарима (MSP) за посматрани GCE подједнако могуће. Гама зраци настали у анихилацији тамне материје (DM) имали би изузетно висок енергетски ниво од приближно 0.1 тераелектрон-волта (TeV). Стандардни гама-телескопачи не могу директно да детектују ове фотоне високе енергије. Стога би потврда модела тамне материје (DM) галактичког централног вишка (GCE) била могућа након завршетка студија од стране тера-γ-зрачних опсерваторија као што су Черенковљева телескопска опсерваторија (CTAO) и Јужна гама-зрачна опсерваторија широког поља (SWGO).

Прича о тамној материји почела је 1933. године када је Фриц Цвики приметио да се брзокретајуће галаксије у јату Кома не могу држати заједно и остати стабилне без присуства додатне материје која је некако невидљива, али врши адекватан гравитациони ефекат да спречи распадање галаксија. Он је сковао термин „тамна материја“ да би се односио на такву невидљиву материју. Шездесетих година прошлог века, Вера Рубин је дала значајан допринос нашем разумевању тамне материје. Приметила је да се звезде на спољним ивицама Андромеде и других галаксија окрећу брзином једнаком брзини звезда према центру. За дату количину све посматране материје, галаксија би требало да се распадне, што је захтевало присуство неке додатне невидљиве материје која држи галаксије заједно и узрокује њихову ротацију великим брзинама. Њена мерења кривих ротације галаксије Андромеда пружила су најраније доказе о постојању тамне материје.  

Сада знамо да тамна материја не интерагује са светлошћу или електромагнетном силом. Она не апсорбује, не рефлектује нити емитује светлост или било које друго електромагнетно зрачење и невидљива је, па се стога назива тамном. Али се гравитационо групише и има гравитациони ефекат на обичну материју, и тако се генерално закључује њено присуство у свемиру. Галаксије се држе заједно у равнотежи гравитационим ефектом тамне материје која чини чак 26.8% масеног енергетског садржаја универзума, док цео видљиви универзум, укључујући сву барионску обичну материју од које смо сви састављени, чини само 4.9% универзума. Преосталих 68.3% масеног енергетског садржаја универзума је тамна енергија.  

Није познато шта је заправо тамна материја. Нема фундаменталних честица у Стандардни модел имају својства потребна да би биле тамна материја. Можда хипотетичке „суперсиметричне честице“ које су партнери честицама у Стандардном моделу чине тамну материју. Можда постоји паралелни свет тамне материје. WIMP-ови (слабо интерагујуће масивне честице), аксиони или стерилни неутрини су хипотетичке честице изван Стандардног модела које су водећи кандидати. Међутим, још увек није постигнут успех у детекцији таквих честица.  

Постоји неколико пројеката (нпр. КСЕНОН експеримент, Пројекат DarkSide-20k, ЕУРЕКА Рексперимент, РЕС-НОВА) тренутно у току за директно откривање честица тамне материје. Углавном су то детектори течних племенитих гасова или криогени детектори који су дизајнирани да детектују слабе сигнале из интеракција честица тамне материје. Међутим, упркос многим новим приступима, ниједан пројекат још увек није био у стању да директно детектује било коју честицу тамне материје. 

За индиректне доказе о постојању тамне материје, могу се тражити гравитациони ефекти тамне материје, као што су то учинили Фриц Цвики и Вера Рубин да би открили тамну материју проучавајући како се галаксије држе заједно упркос томе што имају несразмерно високе брзине за посматрану обичну материју. Гравитациони ефекти сочивања (савијања светлости) и ефекти на кретање звезда у свемиру такође могу пружити индиректне доказе о присуству тамне материје. Поред тога, производи анихилације (као што су гама-зраци, неутрина и космички зраци) настали када се честице тамне материје сударају једна са другом у свемиру такође могу указивати на присуство тамне материје. Једна таква локација где је тамна материја предвиђена на основу производа анихилације честица тамне материје је центар наше матичне галаксије Млечни пут.  

Детекција тамне материје у центру наше галаксије Млечни пут  

Постојале су индикације о вишку дифузног микроталасног централног сјаја у центру Млечног пута (МП). Претпостављено је да је вишак сјаја последица синхротронске емисије релативистичких електрона и позитрона генерисаних у анихилацији тамне материје WIMP-а, па је предвиђен проширени дифузни сигнал γ-зрака у енергетском опсегу до неколико стотина GeV. Након тога, Фермијев телескоп велике површине (LAT) је детектовао сигнал γ-зрака који је идентификован као вишак галактичког центра (GCE). Убрзо је схваћено да вишак галактичког центра (GCE) може бити последица и старих неутронских звезда (милисекундних пулсара). Сматрало се да би морфологија GCE била важна – симетрични сферни GCE би указивао на емисију γ-зрака из анихилације честица тамне материје (DM), док би спљоштена морфологија GCE указивала на емисију γ-зрака из милисекундних пулсара (MSP).  

Опсежна посматрања галактичког центра Млечног пута помоћу Фермијевог телескопа велике површине (LAT) открила су спљоштену асферичност. Обично би се уочена асферичност повезала са старим звездама (MSP), међутим, недавно објављена студија 16. октобра 2025. године закључила је да су морфологије GCE предвиђене моделима анихилације старих звезда (MSP) и тамне материје (DM) неразлучиве.   

Да би проучили дистрибуцију тамне материје, истраживачи су спровели симулацију морфологије галаксија сличних МВ (Млечни пут). Открили су да су ореоли тамне материје око галаксија, као и око централних региона галаксија, ретко били сферни, као што се претпоставља у анизотропном моделу. Уместо тога, анализа је показала спљоштену пројекцију густине тамне материје за све галаксије. Ова неосносиметрична дистрибуција тамне материје (ДМ) показана је и историјом спајања галаксије Млечни пут у прве три милијарде година у историји универзума. Посматрана морфологија ГЦЕ је спљоштена преко централног региона, што се генерално сматра карактеристичним за дистрибуцију старих звезда (МСЗ). Нова студија је показала да тамна материја (ДМ) генерише сличну кутијасту дистрибуцију. Стога су и хипотезе о анихилацији тамне материје (ДМ) и о милисекундним пулсарима (МСЗ) за посматрану ГЦЕ подједнако могуће.   

Да ли је посматрани GCE последица тамне материје (DM) или милисекундних пулсара (MSP) биће познато када γ-зрачне опсерваторије попут Черенковљеве телескопске опсерваторије (CTAO) и Јужне гама-зрачне опсерваторије широког поља (SWGO) заврше своје студије тера-гама зрака у будућности. Гама зраци настали као производ анихилације тамне материје (DM) у галактичком центру били би фотони ултра високе енергије са изузетно високим енергетским нивоом од приближно 0.1 тераелектрон-волта (TeV). Стандардни гама-зрачни телескопи не могу директно да детектују ове фотоне високе енергије. Тера-гама зраци ће бити важна мета за будуће γ-зрачне опсерваторије попут CTAO и SWGO.  

Ова студија је корак напред у детекцији тамне материје у свемиру кроз њене производе анихилације, међутим, присуство тамне материје у галактичком центру би захтевало потврду од стране опсерваторија ултра-високоенергетског γ-зрачења као што су CTAO или SWGO у будућности. Много значајнији напредак у науци о тамној материји била би директна детекција било које DM честице.  

*** 

Референце:  

1. Хохберг, Ј., Кан, ЈФ, Лин, РК и др. Нови приступи детекцији тамне материје. Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4 

2. Мисијашека М. и Росиб Н. 2024. Директна детекција тамне материје: критички преглед. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201  

3. Институт за корпускуларну физику. У потрази за тамном материјом: нови приступ откривању невидљивог. 22. август 2025. Доступно на https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible 

4. Муру ММ и др. 2025. Ферми-ЛАТ галактички центар, вишак морфологије тамне материје у симулацијама галаксије Млечни пут. Physical Review Letters. 135, 161005. Објављено 16. октобра 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd Претпринт верзија на arXiv-у. Поднето 8. августа 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314  

5. Универзитет Џонс Хопкинс. Вести – Мистериозни сјај у Млечном путу могао би бити доказ тамне материје. Објављено 16. октобра 2025. Доступно на https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/  

6. Лајбниц институт за астрофизику. Вести – Млечни пут показује вишак гама зрака услед анихилације тамне материје. Објављено 17. октобра 2025. Доступно на https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/  

7. Фермијев гама-зрачни свемирски телескоп. Доступно на https://science.nasa.gov/mission/fermi/  

8. Опсерваторија Черенковљев телескопски низ (CTAO). Доступно на https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/  

9. Јужна опсерваторија гама зрака широког поља (SWGO). Доступно на https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub  

10. Опсерваторија Тарту. Тамна страна универзума. Доступно на https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe 

***