ბნელი მატერია ჩვენი მშობლიური გალაქტიკის ცენტრში 

ფერმის ტელესკოპმა ჩვენი მშობლიური გალაქტიკის ცენტრში γ-სხივების ჭარბი გამოსხივების ზუსტი დაკვირვება განახორციელა, რომელიც არასფერული და გაბრტყელებული ჩანდა. გალაქტიკური ცენტრის სიჭარბის (GCE) სახელით ცნობილი ეს ჭარბი γ-სხივი ბნელი მატერიის შესაძლო ნიშანია, რომელიც წარმოიქმნება სუსტად ურთიერთქმედებადი მასიური ნაწილაკების (WIMP) თვითგანადგურების პროდუქტით, რომლებიც ბნელი მატერიის ნაწილაკის კანდიდატია. თუმცა, გალაქტიკის ცენტრში დაფიქსირებული ჭარბი γ-სხივი ასევე შეიძლება გამოწვეული იყოს ძველი მილიწამიანი პულსარებით (MSP). აქამდე ითვლებოდა, რომ ბნელი მატერიის (DM) გამო გამა-სხივების მორფოლოგია სფერული იქნებოდა. ბოლოდროინდელი სიმულაციური კვლევა აჩვენებს, რომ DM-ით გამოწვეულ გამა-სხივების მორფოლოგია შეიძლება მნიშვნელოვნად არასფერული და გაბრტყელებული იყოს. ეს ნიშნავს, რომ დაკვირვებული GCE-სთვის როგორც ბნელი მატერიის (DM), ასევე მილიწამიანი პულსარების (MSP) ჰიპოთეზები თანაბრად შესაძლებელია. ბნელი მატერიის (DM) ანიჰილაციის დროს წარმოქმნილ გამა სხივებს ექნებათ უკიდურესად მაღალი ენერგიის დონე, დაახლოებით 0.1 ტერაელექტრონ-ვოლტი (TeV). სტანდარტული გამა-ტელესკოპები ამ მაღალი ენერგიის ფოტონების პირდაპირ დაფიქსირებას ვერ ახერხებენ. შესაბამისად, გალაქტიკური ცენტრის სიჭარბის (GCE) ბნელი მატერიის (DM) მოდელის დადასტურება შესაძლებელი იქნება ტერა-γ-სხივური ობსერვატორიების, როგორიცაა ჩერენკოვის ტელესკოპის მასივის ობსერვატორია (CTAO) და სამხრეთის ფართო ველის გამა-სხივების ობსერვატორია (SWGO), მიერ კვლევების დასრულების შემდეგ.

ბნელი მატერიის ისტორია 1933 წელს დაიწყო, როდესაც ფრიც ცვიკიმ შენიშნა, რომ კომის გროვის სწრაფად მოძრავი გალაქტიკები ვერ ინარჩუნებენ ერთად ყოფნას და სტაბილურობას დამატებითი მატერიის გარეშე, რომელიც რატომღაც უხილავია, მაგრამ ავლენს საკმარის გრავიტაციულ ეფექტს გალაქტიკების დაშლის შესაჩერებლად. მან შემოიღო ტერმინი „ბნელი მატერია“ ასეთი უხილავი მატერიის აღსანიშნავად. 1960-იან წლებში ვერა რუბინმა მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა ბნელი მატერიის გაგებაში. მან აღნიშნა, რომ ანდრომედას და სხვა გალაქტიკების გარე კიდეებზე მდებარე ვარსკვლავები ბრუნავდნენ ისეთივე სიჩქარით, როგორც ცენტრისკენ მიმავალი ვარსკვლავების სიჩქარე. დაკვირვებული მატერიის მოცემული ჯამისთვის, გალაქტიკა უნდა დაშლილიყო, რაც მოითხოვდა დამატებითი უხილავი მატერიის არსებობას, რომელიც ინარჩუნებდა გალაქტიკებს ერთად და იწვევდა მათ მაღალი სიჩქარით ბრუნვას. ანდრომედას გალაქტიკის ბრუნვის მრუდების მისმა გაზომვებმა ბნელი მატერიის არსებობის ყველაზე ადრეული მტკიცებულება მოგვცა.  

ახლა ჩვენ ვიცით, რომ ბნელი მატერია არ ურთიერთქმედებს სინათლესთან ან ელექტრომაგნიტურ ძალასთან. ის არ შთანთქავს, არ ასახავს და არ ასხივებს სინათლეს ან სხვა ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას და უხილავია, ამიტომ მას ბნელს უწოდებენ. თუმცა, ის გრავიტაციულად გროვდება და გრავიტაციულ ეფექტს ახდენს ჩვეულებრივ მატერიაზე და სწორედ ამ გზით შეიძლება მისი კოსმოსში არსებობის დაშვება. გალაქტიკები წონასწორობაშია შენარჩუნებული ბნელი მატერიის გრავიტაციული ეფექტით, რომელიც სამყაროს მასობრივი ენერგიის 26.8%-ს შეადგენს, მაშინ როდესაც მთელი დაკვირვებადი სამყარო, მათ შორის ბარიონული ჩვეულებრივი მატერია, რომლისგანაც ჩვენ ყველანი შევდგებით, სამყაროს მხოლოდ 4.9%-ს შეადგენს. სამყაროს მასობრივი ენერგიის დარჩენილი 68.3% ბნელი ენერგიაა.  

უცნობია, თუ რა არის სინამდვილეში ბნელი მატერია. მასში ფუნდამენტური ნაწილაკები არ არსებობს. სტანდარტული მოდელის აქვთ ბნელი მატერიისთვის საჭირო თვისებები. შესაძლოა, ბნელი მატერია შექმნან ჰიპოთეტურმა „სუპერსიმეტრიულმა ნაწილაკებმა“, რომლებიც სტანდარტული მოდელის ნაწილაკების პარტნიორები არიან. შესაძლოა, ბნელი მატერიის პარალელური სამყაროც არსებობდეს. WIMP-ები (სუსტად ურთიერთქმედი მასიური ნაწილაკები), აქსიონები ან სტერილური ნეიტრინოები სტანდარტული მოდელის მიღმა არსებული ჰიპოთეზური ნაწილაკებია, რომლებიც წამყვანი კანდიდატები არიან. თუმცა, ასეთი ნაწილაკების აღმოჩენაში ჯერ წარმატებას ვერ მივაღწიეთ.  

არსებობს რამდენიმე პროექტი (მაგ. ქსენონის ექსპერიმენტი, DarkSide-20k პროექტი, EURECA-ს ექსპერიმენტი, მდე RES-NOVA) ამჟამად მიმდინარეობს ბნელი მატერიის ნაწილაკების პირდაპირი აღმოჩენის სამუშაოები. ესენი ძირითადად თხევადი კეთილშობილი აირის დეტექტორები ან კრიოგენული დეტექტორებია, რომლებიც შექმნილია ბნელი მატერიის ნაწილაკების ურთიერთქმედებიდან მიღებული სუსტი სიგნალების აღმოსაჩენად. თუმცა, მრავალი ახალი მიდგომის მიუხედავად, ჯერ არცერთ პროექტს არ შეუძენია ბნელი მატერიის ნაწილაკის პირდაპირი აღმოჩენა. 

ბნელი მატერიის არსებობის არაპირდაპირი მტკიცებულებისთვის, შეიძლება ვეძებოთ ბნელი მატერიის გრავიტაციული ეფექტები, როგორც ეს ფრიც ცვიკიმ და ვერა რუბინმა გააკეთეს ბნელი მატერიის აღმოსაჩენად, იმის შესწავლით, თუ როგორ იკავებენ თავს გალაქტიკები ერთად, მიუხედავად იმისა, რომ მათი სიჩქარე არაპროპორციულად მაღალია დაკვირვებადი ჩვეულებრივი მატერიისთვის. ლინზირების (სინათლის გამრუდების) გრავიტაციული ეფექტები და კოსმოსში ვარსკვლავების მოძრაობაზე ზემოქმედება ასევე შეიძლება იყოს ბნელი მატერიის არსებობის არაპირდაპირი მტკიცებულება. გარდა ამისა, ანიჰილირების პროდუქტები (როგორიცაა გამა-სხივები, ნეიტრინოები და კოსმოსური სხივები), რომლებიც წარმოიქმნება, როდესაც ბნელი მატერიის ნაწილაკები ერთმანეთს ეჯახებიან კოსმოსში, ასევე შეიძლება მიუთითებდეს ბნელი მატერიის არსებობაზე. ერთ-ერთი ასეთი ადგილი, სადაც ბნელი მატერია იწინასწარმეტყველეს ბნელი მატერიის ნაწილაკების ანიჰილირების პროდუქტების საფუძველზე, არის ჩვენი მშობლიური გალაქტიკის, ირმის ნახტომის ცენტრი.  

ბნელი მატერიის აღმოჩენა ჩვენი მშობლიური გალაქტიკის, ირმის ნახტომის, ცენტრში  

ირმის ნახტომის ცენტრში არსებობდა დიფუზური მიკროტალღური ცენტრალური ნათების ჭარბი რაოდენობის ნიშნები. ვარაუდობდნენ, რომ ჭარბი ნათება გამოწვეული იყო WIMP-ის ბნელი მატერიის ანიჰილაციის დროს წარმოქმნილი რელატივისტური ელექტრონებისა და პოზიტრონების სინქროტრონული ემისიით, შესაბამისად, იწინასწარმეტყველეს რამდენიმე ასეულ GeV-მდე ენერგეტიკულ დიაპაზონში გაფართოებული დიფუზური γ-სხივური სიგნალი. შემდგომში, ფერმის დიდი ფართობის ტელესკოპმა (LAT) აღმოაჩინა γ-სხივური სიგნალი, რომელიც იდენტიფიცირებული იქნა, როგორც გალაქტიკური ცენტრის სიჭარბე (GCE). მალევე გაირკვა, რომ გალაქტიკური ცენტრის სიჭარბე (GCE) ასევე შეიძლება გამოწვეული ყოფილიყო ძველი ნეიტრონული ვარსკვლავებით (მილიწამიანი პულსარები). ითვლებოდა, რომ GCE-ს მორფოლოგია მნიშვნელოვანი იქნებოდა - სიმეტრიული სფერული ფორმის GCE მიუთითებს ბნელი მატერიის (DM) ნაწილაკების ანიჰილაციით გამოწვეული γ-სხივების ემისიაზე, ხოლო GCE-ს გაბრტყელებული მორფოლოგია მიუთითებს მილიწამიანი პულსარების (MSP) γ-სხივების ემისიაზე.  

ფერმი-დიდი ფართობის ტელესკოპის (LAT) მიერ ირმის ნახტომის გალაქტიკის ცენტრის ფართომასშტაბიანმა დაკვირვებამ გაბრტყელებული ასფერულობა გამოავლინა. ჩვეულებრივ, დაკვირვებული ასფერულობა ძველ ვარსკვლავებს (MSP) დაუკავშირდებოდა, თუმცა 2025 წლის 16 ოქტომბერს გამოქვეყნებულმა კვლევამ დაასკვნა, რომ როგორც ძველი ვარსკვლავების (MSP), ასევე ბნელი მატერიის (DM) ანიჰილაციის მოდელებით პროგნოზირებული გამანაწილებელი მატერიის მორფოლოგიები განურჩეველია.   

ბნელი მატერიის განაწილების შესასწავლად, მკვლევრებმა ჩაატარეს MW (ირმის ნახტომის) მსგავსი გალაქტიკების მორფოლოგიის სიმულაცია. მათ აღმოაჩინეს, რომ გალაქტიკების გარშემო არსებული ბნელი მატერიის ჰალოები, ისევე როგორც გალაქტიკების ცენტრალური რეგიონების გარშემო, იშვიათად იყო სფერული, როგორც ეს ანიზოტროპულ მოდელშია ვარაუდობული. ამის ნაცვლად, ანალიზმა აჩვენა ბნელი მატერიის სიმკვრივის გაბრტყელებული პროექცია ყველა გალაქტიკისთვის. ეს არაღერძული სიმეტრიული ბნელი მატერიის (DM) განაწილება ასევე ნაჩვენები იყო ირმის ნახტომის გალაქტიკის შერწყმის ისტორიით სამყაროს ისტორიის პირველი სამი მილიარდი წლის განმავლობაში. GCE-ს დაკვირვებული მორფოლოგია გაბრტყელებულია ცენტრალურ რეგიონში, რაც ზოგადად ითვლება ძველი ვარსკვლავების (MSP) განაწილების დამახასიათებლად. ახალმა კვლევამ აჩვენა, რომ ბნელი მატერია (DM) წარმოქმნის მსგავს კვადრატულ განაწილებას. ამრიგად, დაკვირვებული GCE-სთვის როგორც ბნელი მატერიის (DM) ანიჰილაციის, ასევე მილიწამიანი პულსარების (MSP) ჰიპოთეზები თანაბრად შესაძლებელია.   

დაკვირვებული გამა-სხივური ტალღა გამოწვეულია თუ არა ბნელი მატერიით (DM) თუ მილიწამიანი პულსარებით (MSP), გაირკვევა მას შემდეგ, რაც γ-სხივური ობსერვატორიები, როგორიცაა ჩერენკოვის ტელესკოპის მასივის ობსერვატორია (CTAO) და სამხრეთის ფართო ველის გამა-სხივური ობსერვატორია (SWGO), მომავალში დაასრულებენ ტერა-გამა სხივების კვლევებს. გალაქტიკის ცენტრში ბნელი მატერიის (DM) ანიჰილირების პროდუქტის სახით წარმოქმნილი გამა სხივები იქნება ულტრამაღალი ენერგიის ფოტონები, რომელთა ენერგიის დონე დაახლოებით 0.1 ტერა-ელექტრონ-ვოლტია (TeV). სტანდარტული გამა-ტელესკოპები ვერ აფიქსირებენ ამ მაღალი ენერგიის ფოტონებს პირდაპირ. ტერა-გამა სხივები მნიშვნელოვანი სამიზნე იქნება მომავალი γ-სხივური ობსერვატორიებისთვის, როგორიცაა CTAO და SWGO.  

ეს კვლევა წინგადადგმული ნაბიჯია კოსმოსში ბნელი მატერიის აღმოჩენის მიმართულებით მისი ანიჰილაციის პროდუქტების მეშვეობით, თუმცა, მომავალში გალაქტიკის ცენტრში ბნელი მატერიის არსებობას დადასტურება დასჭირდება ულტრამაღალი ენერგიის γ-სხივური ობსერვატორიების მიერ, როგორიცაა CTAO ან SWGO. ბნელი მატერიის მეცნიერებაში გაცილებით მნიშვნელოვანი პროგრესი იქნება ნებისმიერი DM ნაწილაკის პირდაპირი აღმოჩენა.  

*** 

წყაროები:  

1. ჰოჩბერგი, ი., კანი, ი.ფ., ლინი, რ.კ. და სხვ. ბნელი მატერიის აღმოჩენის ახალი მიდგომები. Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4 

2. მისიასზეკა მ. და როსიბ ნ. 2024. ბნელი მატერიის პირდაპირი აღმოჩენა: კრიტიკული მიმოხილვა. სიმეტრია 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201  

3. ფიზიკური კორპუსკულარული ინსტიტუტი. ბნელი მატერიის ძიებაში: უხილავი ნივთიერების აღმოჩენის ახალი მიდგომა. 2025 წლის 22 აგვისტო. ხელმისაწვდომია https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible 

4. მურუ მ.მ. და სხვ. 2025. ფერმი-ლატის გალაქტიკური ცენტრის ბნელი მატერიის ჭარბი მორფოლოგია ირმის ნახტომის გალაქტიკის სიმულაციებში. Physical Review Letters. 135, 161005. გამოქვეყნდა 2025 წლის 16 ოქტომბერს. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd . წინასწარი ბეჭდვის ვერსია arXiv-ზე. წარდგენილია 2025 წლის 8 აგვისტოს. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314  

5. ჯონს ჰოპკინსის უნივერსიტეტი. სიახლეები – ირმის ნახტომში არსებული იდუმალი ნათება შესაძლოა ბნელი მატერიის არსებობის მტკიცებულება იყოს. გამოქვეყნდა 2025 წლის 16 ოქტომბერს. ხელმისაწვდომია https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/  

6. ლაიბნიცის ასტროფიზიკის ინსტიტუტი. სიახლეები – ირმის ნახტომი ბნელი მატერიის ანიჰილაციის გამო გამა გამოსხივების სიჭარბეს ავლენს. გამოქვეყნდა 2025 წლის 17 ოქტომბერს. ხელმისაწვდომია https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/  

7. ფერმის გამა-სხივური კოსმოსური ტელესკოპი. ხელმისაწვდომია https://science.nasa.gov/mission/fermi/  

8. ჩერენკოვის ტელესკოპის მასივის ობსერვატორია (CTAO). ხელმისაწვდომია https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/  

9. სამხრეთის ფართო ველის გამა-სხივების ობსერვატორია (SWGO). ხელმისაწვდომია https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub  

10. ტარტუს ობსერვატორია. სამყაროს ბნელი მხარე. ხელმისაწვდომია https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe 

***