Har PAMELA hittat den mörka materian?

Resultaten publicerades nyligen i tidskriften Nature och har väckt stort uppseende i astrofysikkretsar.

PAMELA har mätt antalet positroner i den kosmiska bakgrundsstrålningen.

– Vi har sett att antalet ökar med energin när man går över ca 10 GeV, och det var inte så väntat, säger Mark Pearce, professor vid avdelningen för astropartikelfysik på KTH och forskningsledare för den svenska delen av PAMELA.

Den uppmätta ökningen av antalet positroner kan bero på flera saker.

– En möjlighet är partiklar av mörk materia som kolliderar med varandra i Vintergatans halo. Det vore en ganska spektakulär lösning, säger Mark Pearce.

Andra förklaringar kan ha att göra med astrofysikaliska fenomen som pulsarer, extremt snabbt roterande neutronstjärnor med starka magnetfält och som därigenom skickar ut skurar av strålning när magnetfältet roterar med stjärnan runt.

Nya mätningar på gång

Förutom att räkna på de modeller som kan förklara positronöverskottet vid höga energier så kommer PAMELA-forskarna även att göra andra mätningar för att komplettera sina data.

– Den data vi publicerat nu tar slut vid 100 GeV, säger Mark Pearce. Men PAMELA kan se positroner med högre energi, kanske upp till 300 GeV. På så sätt skulle vi kanske kunna skilja på olika möjliga källor till positronerna. Det är också viktigt att mäta på elektroner för att se hur de beter sig.

Han påpekar emellertid att ingen av dessa mätningar är någon trollstav som i ett slag löser frågan.

– Men de ger mer mätpunkter för att vi ska kunna avgränsa modellerna.

Det är också en fördel att använda samma instrument för att göra mätningarna. På så sätt går det att eliminera vissa typer av systematiska fel.

Det finns även andra experiment som kan hjälpa till att verifiera pamela-resultaten. Ett av dessa är gamma-teleskopet Fermi, det som tidigare kallades GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope). Fermi är ett internationellt samarbetsprojekt mellan statliga myndigheter i USA, Frankrike, Tyskland, Italien, Japan och Sverige. Det finns även ballongexperiment som gjort relevanta mätningar, och ett tyskt högenergiteleskop i Namibia (HESS, High Energy Stereoscopic System), som kan mäta vad som effekterna av när positroner och elektroner slår ner i atmosfären, och på så sätt indirekt få fram data som kan köras tillsammans med data från PAMELA.

Universums mörka hemlighet

Vad den mörka materien består av – och om den överhuvud taget finns – är en av de riktigt stora frågorna inom astrofysiken och kosmologin. Mätningar som gjorts hittills är av mer indirekt natur. Astronomerna kan exempelvis se att galaxerna verkar väga betydligt mer än vad den vanliga materian i galaxerna ger vid handen.

Så sent som i mitten av mars visade observationer från NASA:s och ESA:s Hubbleteleskop en galaxhop där mörk materia verkar skydda en population av mindre galaxer från att slitas isär av större granngalaxers gravitation. [link: sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=44391]

Även Herschel, som enligt planerna ska sändas upp 29 april, kan spela en roll i jakten på den mörka materian. Vissa teorier säger att åtminstone en del av den mörka materian skulle kunna vara vanlig – så kallad baryonisk materia – fast som vi inte kan se. Den skulle kunna vara gömd i slocknade och avsvalnade stjärnor, som bruna eller vita dvärgar, eller andra mindre himlakroppar. Dessa skulle Herschel kunna spåra genom den infraröda strålning de avger.

Internationellt samarbete

Pamela är ett internationellt samarbete med forskare från Italien, Ryssland och Tyskland. Från Sveriges sida deltar även Rymdstyrelsen. KTH:s astropartikelfysikgrupp deltar också i analysen av resultaten från PAMELA:s mätningar av den kosmiska strålningen. Pamela flyger i bana runt jorden på en rysk fjärrobservationssatellit.