Materia e errët si një burim nxehtësie ndërgalaktike

Retë e dendura të gazit në të gjithë Universin thithin dritën nga kuazarët e largët, duke prodhuar linja thithëse në spektrat kuazar. Një studim i ri tregon se gjerësia më e madhe se e parashikuar e këtyre linjave nga retë e gazit aty pranë mund të rezultojë nga një formë e materies së errët të quajtur fotone të errët [1]. Këto grimca mund të ngrohin retë, duke çuar në një zgjerim të linjave të absorbimit. Shpjegime të tjera të zgjerimit – bazuar në burime më konvencionale të ngrohjes – janë propozuar, por nëse mekanizmi i fotonit të errët është në punë, ai gjithashtu mund të shkaktojë ngrohje në retë me densitet të ulët nga epokat e mëparshme të Universit. Studiuesit tashmë po planifikojnë të testojnë këtë parashikim.

Kur shikojnë spektrin e një kuazari të largët, astronomët shpesh vëzhgojnë linjat e absorbimit që vijnë nga retë e gazit ndërmjetës. Linja më e spikatur e absorbimit është linja Lyman-alfa e hidrogjenit. Në të vërtetë, disa spektra kuazar kanë një “pyll” të linjave Lyman-alfa, ku secila vjen nga një re në një distancë të ndryshme nga galaktika jonë (ose epoka të ndryshme). Duke ekzaminuar gjerësinë, thellësinë dhe detajet e tjera të formave të linjave, studiuesit mund të nxjerrin informacion rreth densitetit, temperaturës dhe veçorive të tjera të reve. Ky informacion mund të krahasohet me rezultatet e simulimeve kozmologjike që përpiqen të riprodhojnë grumbullimin e materies në galaktika dhe struktura të tjera në shkallë të gjerë.

Krahasimet midis të dhënave të pyjeve dhe simulimeve kanë treguar përgjithësisht një marrëveshje të mirë, por një mospërputhje shfaqet për retë e gazit relativisht afër. Vëzhgimet tregojnë se këto të ashtuquajtura re me zhvendosje të ulët të kuqe prodhojnë linja absorbimi më të gjera sesa parashikoheshin në simulime. “Ky mund të jetë një tregues i një kandidati të veçantë të materies së errët, i cili quhet një foton i errët,” thotë Andrea Caputo nga CERN në Zvicër. “Ky foton i errët mund të injektojë pak energji dhe të ngrohë gazin, [që i bën] linjat pak më të gjera, në përputhje më të mirë me të dhënat.”

Për të eksploruar se si mund të funksionojë ky injeksion energjie, Caputo dhe kolegët e tij zhvilluan simulime kozmike me fotone të errët. Teoria e fotoneve të errëta supozon se grimcat mund të kthehen spontanisht në fotone normale me një probabilitet të vogël, por ky shndërrim mund të rritet kur fotonet e errëta hyjnë në një gaz jonizues që plotëson një kusht rezonance. Gjendja arrin që gazi të ketë një dendësi të caktuar, e cila përcaktohet nga masa e fotonit të errët. Nëse një re ndërgalaktike ka këtë densitet, atëherë fotonet e zakonshme të krijuara nga shndërrimi i rezonancës do të ngrohin gazin.

Caputo thekson se dendësia e një reje ndryshon me kalimin e kohës, kështu që kushti i rezonancës do të përmbushet vetëm për një periudhë të caktuar kohe. Kjo ngrohje e varur nga koha është unike për fotonet e errëta, pasi llojet e tjera të propozuara të lëndës së errët që prodhojnë nxehtësi, të tilla si ato që prishen ose asgjësohen, pritet të “ndizen” gjatë gjithë kohës. Megjithatë, modelet e ngrohjes së vazhdueshme janë të kufizuara nga vëzhgime të tjera kozmologjike, të tilla si sfondi kozmik i mikrovalës, të cilat nuk tregojnë shenja të ngrohjes së pashpjegueshme.

Simulimet e Caputo dhe kolegëve sugjerojnë se fotonet e errëta me një masë jashtëzakonisht të vogël prej rreth 10−14 eV/c2 (afërsisht 1019 herë më e vogël se masa e elektroneve) do të shndërroheshin në mënyrë rezonuese në fotone në retë Lyman-alfa me zhvendosje të ulët të kuqe. Ky konvertim do të injektonte midis 5 dhe 7 eV energji për atom hidrogjeni në gaz, mjaftueshëm për të llogaritur vëzhgimet.

Përveç kësaj, ekipi parashikon se ngrohja me foton të errët mund të ketë ndodhur me zhvendosje më të lartë të kuqe, por vetëm në të ashtuquajturat retë nën dendura, të cilat në të kaluarën kishin densitet më të lartë – potencialisht mjaft të larta për të përmbushur kushtin e rezonancës. Ekipi aktualisht po kryen simulime për të parë nëse kjo ngrohje e parashikuar do të pajtohej me vëzhgimet e reve me zhvendosje të lartë të kuqe.

Megjithatë, modelet ekzotike të fizikës së materies së errët mund të mos kërkohen për të shpjeguar të dhënat e Lyman-alfa, thotë astrofizikanti Blakesley Burkhart nga Universiteti Rutgers në Nju Xhersi. Ajo thotë se fotonet e errëta janë një mundësi emocionuese, por studiuesit nuk kanë përjashtuar ende burime më konvencionale të ngrohjes, të tilla si avionët e vrimave të zeza supermasive në qendrat e galaktikave, të njohura si bërthama aktive galaktike.

Sam Witte – një kozmolog nga Universiteti i Amsterdamit – pajtohet se shpjegimi i fotonit të errët është më spekulativ se skenarët e tjerë, por ai mendon se studiuesit kanë bërë një rast bindës me parashikime të testueshme. “Nëse studimet e ardhshme përjashtojnë shpjegimet konvencionale astrofizike, është e detyrueshme të shqyrtohet mundësia që ne mund të vëzhgojmë gjurmën e parë jogravitacionale të materies së errët”, thotë ai.