Werden riesige galaktische Blasen dunkle Materie enthüllen? (Kavli Q+A)

Hinweise auf die Fermi-Blasen

Hinweise auf die Kanten der Fermi-Blasen wurden erstmals in Röntgenstrahlen (blau) vom Röntgenobservatorium des Röntgensatelliten (ROSAT) beobachtet, das in den 1990er Jahren in Betrieb war. Die vom Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop (magenta) kartierten Gammastrahlen erstrecken sich viel weiter von der Ebene der Galaxie. (Bildnachweis: NASA Goddard Space Flight Center)





Kelen Tuttle, Autorin und Redakteurin für Die Kavli-Stiftung , hat diesen Artikel dazu beigetragen Expertenstimmen von guesswhozoo.com: Op-Ed & Insights .

Im Vergleich zu anderen Galaxien ist die Milchstraße relativ friedlich. Selbst das Zentrum unserer Galaxie, wo die Dinge am turbulentesten sind, erlebt relativ wenige gewalttätige Ereignisse. Anders als in anderen Galaxien saugt das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße weder gierig riesige Gasmahlzeiten an noch spuckt es riesige Strahlen- und Lichtstrahlen aus. Aber unsere Galaxie war nicht immer so schläfrig. Im Jahr 2010 entdeckte ein Team von Wissenschaftlern des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ein Paar von „Fermi-Blasen“, die sich über und unter der Scheibe der Milchstraße mehrere Zehntausend Lichtjahre erstrecken. Diese riesigen Ballons sind die Überreste einer uralten Katastrophe, eines mächtigen Ereignisses, das vor Millionen von Jahren stattfand, als sich das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie an einer enormen Menge an Gas und Staub labte, die vielleicht mehrere hundert oder sogar erreichte das Tausendfache der Sonnenmasse. Aber wie genau die Blasen entstanden sind und was sie uns über die Geschichte unserer Galaxie erzählen können, bleibt ein Rätsel.

Drei Astrophysiker, die die Fermi-Blasen entdeckt haben, haben kürzlich mit gesprochen Die Kavli-Stiftung über laufende Versuche, die Ursachen und Auswirkungen dieser unerwarteten und seltsamen Strukturen zu verstehen, sowie die Art und Weise, wie sie bei der Jagd nach Dunkler Materie helfen können .



Von links nach rechts Meng Su, Tracy Slatyer und Douglas Finkbeiner

Von links nach rechts Meng Su, Tracy Slatyer und Douglas Finkbeiner(Bildnachweis: Yugi Qin/MIT School of Science/KITP)

Yugi Qin/MIT School of Science/KITP



Douglas Finkbeiner ist Professor für Astronomie und Physik an der Harvard University und Mitglied des Institute for Theory and Computation am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Er war Teil einer Kollaboration, die erstmals einen Gammastrahlen-„Dunst“ in der Nähe des Zentrums der Milchstraße entdeckte.

Tracy Slatyer ist Assistenzprofessor für Physik am Massachusetts Institute of Technology und Mitglied der Fakultät des MIT Kavli Institute. In Zusammenarbeit mit Finkbeiner und Su zeigte sie, dass der Gammastrahlendunst tatsächlich die Emission von zwei heißen Plasmablasen ist, die vom galaktischen Zentrum ausgehen.

Meng Su ist Pappalardo-Stipendiat und Einstein-Stipendiat am Massachusetts Institute of Technology und am MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. Er entwickelte die ersten Karten, die die genaue Form der Fermi-Blasen zeigten.



Das Folgende ist eine bearbeitete Abschrift ihrer Diskussion am runden Tisch. Den Teilnehmern wurde die Möglichkeit gegeben, ihre Anmerkungen zu ändern oder zu bearbeiten.

Die Kavli Foundation: Als Sie drei 2010 die Fermi-Blasen entdeckten, waren sie völlig überraschend. Niemand hat mit der Existenz solcher Strukturen gerechnet. Was waren Ihre ersten Gedanken, als Sie sahen, wie diese riesigen Blasen – die mehr als die Hälfte des sichtbaren Himmels umfassen – aus den Daten auftauchen?

Douglas Finkbeiner: Wie wäre es mit einer niederschmetternden Enttäuschung? Es scheint ein weit verbreitetes Missverständnis zu sein, dass Wissenschaftler wissen, wonach sie suchen, und wenn sie es finden, wissen sie es. In Wirklichkeit funktioniert das oft nicht. In diesem Fall waren wir auf der Suche nach dunkler Materie und haben etwas ganz anderes gefunden. Also war ich zuerst verwirrt, verblüfft, enttäuscht und verwirrt.

Wir hatten nach Beweisen für dunkle Materie in der inneren Galaxie gesucht, die als Gammastrahlen aufgetaucht wäre. Und wir fanden einen Überschuss an Gammastrahlen, also dachten wir eine Weile, dies könnte ein Signal der dunklen Materie sein. Aber als wir eine bessere Analyse durchführten und mehr Daten hinzufügten, begannen wir, die Ränder dieser Struktur zu sehen. Es sah aus wie eine große Acht mit einem Ballon über und unter der Ebene der Galaxie. Dunkle Materie würde das wahrscheinlich nicht tun. Damals machte ich den augenzwinkernden Kommentar, dass wir Probleme mit Doppelblasen hätten. Anstelle eines schönen kugelförmigen Halos, wie wir ihn bei dunkler Materie sehen würden, fanden wir diese beiden Blasen.

Tracy Slater: Ich habe einen Vortrag über die Fermi-Blasen „Double Bubble Trouble“ genannt – es klingt so schön.

D. F.: Es tut. Nach meinem ersten Gedanken 'Oh verdammt, es ist keine dunkle Materie', war mein zweiter Gedanke 'Oh, es ist immer noch etwas sehr Interessantes, also lasst uns jetzt herausfinden, was es ist.'

T. S.: Damals, Doug, hast du mir etwas in der Art erzählt: „Wissenschaftliche Entdeckungen werden häufiger mit ‚huh, das sieht komisch aus‘ als ‚Heureka!‘ angekündigt – obwohl es vielleicht Isaac Asimov war, der es zuerst gesagt hat.

Als wir anfingen, den Rand dieser Blasen zum ersten Mal auftauchen zu sehen, erinnere ich mich, dass ich mit Doug auf die Karten schaute, der darauf hinwies, wo seiner Meinung nach Ränder waren, und sie selbst überhaupt nicht sah. Und dann kamen immer mehr Daten herein und sie wurden immer klarer.

Meine erste Reaktion war also eher 'huh, das sieht wirklich seltsam aus'. Aber ich würde mich nicht als enttäuscht bezeichnen. Es war ein Rätsel, das wir lösen mussten.

D. F.: Vielleicht ist verwirrt eine bessere Beschreibung als enttäuscht.

MENG SU: Ich stimme zu. Wir wussten bereits von anderen blasenartigen Strukturen im Universum, aber das war immer noch ein ziemlich großer Schock. Das Auffinden dieser Blasen in der Milchstraße wurde von keiner Theorie erwartet. Als Doug uns zum ersten Mal das Bild zeigte, auf dem man beginnen konnte, die Blasen zu sehen, begann ich sofort darüber nachzudenken, was diese Art von Struktur neben dunkler Materie möglicherweise erzeugen könnte. Ich persönlich war weniger verwirrt über die Struktur selbst und mehr darüber, wie die Milchstraße sie hätte produzieren können.

T. S.: Aber es stimmt natürlich auch, dass die Strukturen, die wir in anderen Galaxien sehen, noch nie in Gammastrahlen gesehen wurden. Soweit ich weiß, war, abgesehen von der Frage, ob die Milchstraße eine solche Struktur bilden könnte, nie die Erwartung gewesen, dass wir in Gammastrahlen ein helles Signal sehen würden.

FRAU.: Korrekt. Diese Entdeckung ist immer noch sehr einzigartig und für mich strafend.

TKF: Warum wurden solche Blasen in der Milchstraße nicht erwartet, wenn man sie in anderen Galaxien sieht?

D. F.: Es ist eine gute Frage. Einerseits sagen wir, dass diese in anderen Galaxien nicht ungewöhnlich sind, während wir andererseits sagen, dass sie in der Milchstraße völlig unerwartet waren. Einer der Gründe, warum es unerwartet war, ist, dass, während jede Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum hat, dieses Schwarze Loch in der Milchstraße etwa 4 Millionen Mal die Masse der Sonne hat, während es in den Galaxien, in denen wir zuvor Blasen beobachtet hatten, Die Schwarzen Löcher sind in der Regel 100- bis 1.000-mal massereicher als unser Schwarzes Loch. Und weil wir glauben, dass die meisten dieser Blasen das Schwarze Loch ist, das in der Nähe befindliche Materie ansaugt, hätte man nicht erwartet, dass ein kleines Schwarzes Loch wie das, das wir in der Milchstraße haben, dazu in der Lage ist.

FRAU.: Aus diesem Grund hat niemand damit gerechnet, Blasen in unserer Galaxie zu sehen. Wir dachten, das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße sei ein langweiliges, das einfach nur still da saß. Aber immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass es vor langer Zeit sehr aktiv war. Es scheint jetzt, dass unser Schwarzes Loch in der Vergangenheit zig Millionen Mal aktiver gewesen sein könnte, als es derzeit ist. Vor der Entdeckung der Fermi-Blasen diskutierten die Leute über diese Möglichkeit, aber es gab keinen einzigen Beweis dafür, dass unser Schwarzes Loch so aktiv sein könnte. Die Entdeckung der Fermi-Blase hat das Bild verändert.

T. S.: Genau. Andere Galaxien mit ähnlich aussehenden Strukturen sind in der Tat ganz andere galaktische Umgebungen. Es ist nicht klar, dass Blasen, die wir in anderen Galaxien sehen, die ziemlich ähnliche Formen haben wie die, die wir in der Milchstraße sehen, notwendigerweise von denselben physikalischen Prozessen stammen. Aufgrund der Empfindlichkeit der Instrumente haben wir keine Möglichkeit, die mit diesen Blasen verbundenen Gammastrahlen in anderen Milchstraßen-ähnlichen Galaxien zu betrachten – wenn sie überhaupt Gammastrahlen freisetzen. Die Fermi-Blasen sind wirklich unsere erste Chance, so etwas aus der Nähe und in Gammastrahlen zu betrachten, und wir wissen einfach nicht, ob viele der sehr rätselhaften Merkmale der Fermi-Blasen in anderen Galaxien vorhanden sind. Es ist im Moment ziemlich unklar, inwieweit die Fermi-Blasen das gleiche Phänomen sind wie das, was wir in ähnlich geformten Strukturen bei anderen Wellenlängen in anderen Galaxien sehen.

FRAU.: Ich denke, es ist wirklich ein großes Glück, dass unsere Galaxie diese Strukturen hat. Wir können sie sehr klar und mit großer Sensibilität betrachten, so dass wir sie im Detail studieren können.

T. S.: So etwas könnte in anderen Galaxien vorkommen, und wir würden es nie erfahren.

FRAU.: Ja – und das Gegenteil ist auch der Fall. Es ist durchaus möglich, dass die Fermi-Blasen von etwas stammen, das wir noch nie zuvor gesehen haben.

D. F.: Genau. Und zum Beispiel die Röntgenstrahlen, die wir von Blasen in anderen Galaxien sehen, haben einen Faktor von einer Million Mal weniger Energie als die Gammastrahlen, die wir von den Fermi-Blasen ausströmen sehen. Wir sollten also nicht vorschnell den Schluss ziehen, dass sie aus denselben physikalischen Prozessen stammen.

FRAU.: Und hier in unserer eigenen Galaxie, denke ich, stellen immer mehr Menschen Fragen zu den Auswirkungen des Schwarzen Lochs in der Milchstraße, das so aktiv ist. Ich denke, das Bild und die Fragen sind jetzt anders. Die Entdeckung dieser Struktur hat sehr wichtige Auswirkungen auf viele Schlüsselfragen zur Milchstraße, zur Galaxienentstehung und zum Wachstum von Schwarzen Löchern.

Daten des Fermi-Teleskops zeigen Blasen (in Rot und Gelb) im Vergleich zu anderen Gammastrahlenquellen. Die Ebene der Galaxie (meist schwarz-weiß) erstreckt sich horizontal über die Mitte des Bildes, und die Blasen erstrecken sich von der Mitte nach oben und unten.

Daten des Fermi-Teleskops zeigen Blasen (in Rot und Gelb) im Vergleich zu anderen Gammastrahlenquellen. Die Ebene der Galaxie (meist schwarz-weiß) erstreckt sich horizontal über die Mitte des Bildes, und die Blasen erstrecken sich von der Mitte nach oben und unten.(Bildnachweis: NASA)

TKF: Doug und Meng, in einem zusammen mit Dmitry Malyshev verfassten Artikel in Scientific American sagten Sie, dass Fermi-Blasen „versprechen, tiefe Geheimnisse über die Struktur und Geschichte unserer Galaxie zu enthüllen“. Verraten Sie uns mehr darüber, welche Art von Geheimnissen das sein könnten?

ES IST: Es gibt mindestens zwei Schlüsselfragen, die wir über die supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum jeder Galaxie zu beantworten versuchen: Wie entsteht und wächst das Schwarze Loch selbst? Und wie ist die Wechselwirkung zwischen dem Schwarzen Loch und der Wirtsgalaxie, wenn das Schwarze Loch wächst?

Ich denke, wie sich die Milchstraße in dieses große Bild einfügt, ist immer noch ein Rätsel. Wir wissen nicht, warum die Masse des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße im Vergleich zu anderen supermassereichen Schwarzen Löchern so klein ist oder wie die Wechselwirkung zwischen diesem relativ kleinen Schwarzen Loch und der Milchstraße funktioniert. Die Blasen bieten eine einzigartige Verbindung sowohl für das Wachstum des Schwarzen Lochs als auch für die Auswirkungen der Energieinjektion aus dem Akkretionsprozess des Schwarzen Lochs auf die Milchstraße als Ganzes. [ Bilder: Das Monster Black Hole der Milchstraße zerfetzt die Weltraumwolke (Galerie .) )]

D. F.: Einige unserer Kollegen am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics führen Simulationen durch, in denen sie sehen können, wie Supernova-Explosionen und Akkretionsereignisse von Schwarzen Löchern Gas erhitzen und es aus einer Galaxie treiben. Sie können in einigen dieser Simulationen sehen, dass die Dinge gut vorangehen und sich Sterne bilden und die Galaxie rotiert und alles voranschreitet, und dann erreicht das Schwarze Loch eine kritische Größe. Plötzlich, wenn mehr Materie in das Schwarze Loch fällt, macht es einen so großen Blitz, dass es im Grunde den größten Teil des Gases direkt aus der Galaxie schiebt. Danach gibt es keine Sternentstehung mehr – du bist irgendwie fertig. Dieser Rückkopplungsprozess ist der Schlüssel zur Galaxienbildung.

FRAU.: Wenn sich die Blasen – wie die von uns gefundenen – episodisch bilden, könnte uns das helfen zu verstehen, wie der Energieausfluss aus dem Schwarzen Loch den Halo des Gases im ausgedehnteren Halo der Dunklen Materie der Milchstraße verändert. Wenn dieses Gas abkühlt, bildet die Milchstraße Sterne. Also wird das ganze System wegen der Blasengeschichte verändert; die Blasen sind eng mit der Geschichte unserer Galaxie verbunden.

TKF: Welche zusätzlichen experimentellen Daten oder Simulationen sind erforderlich, um wirklich zu verstehen, was mit diesen Blasen vor sich geht?

FRAU.: Im Moment konzentrieren wir uns auf zwei Dinge. Zunächst möchten wir anhand von Beobachtungen mit mehreren Wellenlängen den aktuellen Status der Blasen verstehen – wie schnell sie sich ausdehnen, wie viel Energie durch sie freigesetzt wird und wie hochenergetische Teilchen in den Blasen entweder in der Nähe des Schwarzen beschleunigt werden Loch oder in den Blasen selbst. Diese Details wollen wir durch Beobachtungen so gut wie möglich verstehen. Zweitens wollen wir die Physik verstehen. Wir wollen zum Beispiel verstehen, wie sich die Blasen überhaupt gebildet haben. Könnte ein Ausbruch von Sternentstehung in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs dazu beitragen, den Ausfluss zu bilden, der die Blasen antreibt? Dies kann uns helfen zu verstehen, welcher Prozess diese Art von Blasen bildet.

D. F.: Jede Art von Arbeit, die Ihnen die Menge an Energie geben kann, die über bestimmte Zeiträume freigesetzt wird, ist wirklich wichtig, um herauszufinden, was vor sich geht.

FRAU.: Ehrlich gesagt finde ich es erstaunlich, wie viele der Schlussfolgerungen, die wir aus den allerersten Beobachtungen der Blasen gezogen haben, auch heute noch zutreffen. Die Energie, die Geschwindigkeit, das Alter der Blasen – all dies stimmt mit heutigen Beobachtungen überein. Alle Beobachtungen weisen auf die gleiche Geschichte hin, was uns erlaubt, detailliertere Fragen zu stellen.

TKF: Das passiert nicht oft in der Astrophysik, wo Ihre ersten Beobachtungen so genau sind.

D. F.: Das passiert nicht immer, das stimmt. Aber wir waren auch nicht sehr genau. Unser Papier sagt, dass die Blasen irgendwo zwischen 1 und 10 Millionen Jahre alt sind, und jetzt denken wir, dass sie ungefähr 3 Millionen Jahre alt sind, was logarithmisch richtig zwischen 1 und 10 Millionen ist. Wir sind also ziemlich glücklich. Aber es ist nicht so, dass wir gesagt haben, es wären 3,76 Millionen und das war richtig.

TKF: Was sind die anderen verbleibenden Geheimnisse über diese Blasen? Was erhoffst du dir noch zu erfahren, was wir noch nicht besprochen haben?

D. F.: Wir haben ein Alter. Ich bin fertig. [Lachen]

TKF: Ha! Das klingt jetzt nicht nach Astrophysik.

FRAU.: Nein, eigentlich erwarten wir, aus zukünftigen Beobachtungen viele neue Dinge zu lernen. Wir werden in den kommenden Jahren zusätzliche Satelliten starten lassen, die bessere Messungen der Blasen ermöglichen werden. Eine überraschende Sache, die wir herausgefunden haben, ist, dass die Blasen einen Hochenergie-Cut-Off haben. Grundsätzlich hören die Blasen bei einer bestimmten Energie auf, in hochenergetischen Gammastrahlen zu leuchten. Darüber hinaus sehen wir keine Gammastrahlen und wissen nicht warum. Wir hoffen also, bessere Messungen durchführen zu können, die uns sagen können, warum dieser Cutoff stattfindet. Dies kann mit zukünftigen Gammastrahlen-Energiesatelliten erfolgen, darunter einem sogenannten Dark Matter Particle Explorer, der noch in diesem Jahr starten wird. Obwohl der Satellit darauf ausgerichtet ist, nach Signaturen dunkler Materie zu suchen, wird er auch diese hochenergetischen Gammastrahlen erkennen können, sogar höher als das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop, das Teleskop, mit dem wir die Fermi-Blasen entdeckt haben. Daher der Name der Struktur.

Ebenso interessieren wir uns auch für die Gammastrahlen mit niedrigerer Energie . Bei dem Fermi-Satelliten, den wir derzeit verwenden, gibt es einige Einschränkungen – die räumliche Auflösung ist für niederenergetische Gammastrahlen nicht annähernd so gut. Wir hoffen also, in Zukunft einen weiteren Satelliten starten zu können, der die Blasen in niederenergetischer Gammastrahlung beobachten kann. Ich bin eigentlich Teil eines Teams, das vorschlägt, diesen Satelliten zu bauen, und ich freue mich, einen guten Namen dafür gefunden zu haben: PANGU. Es befindet sich noch in der Anfangsphase, aber hoffentlich können wir die Daten innerhalb von 10 Jahren erhalten. Daraus erhoffen wir uns, mehr über die Prozesse innerhalb der Blasen zu erfahren, die zur Emission von Gammastrahlen führen. Wir brauchen mehr Daten, um dies zu verstehen.

Wir würden auch gerne mehr über die Blasen im Röntgenbild erfahren, die ebenfalls wichtige Informationen enthalten. Röntgenstrahlen könnten uns zum Beispiel sagen, wie sich die Blasen auf das Gas im Halo der Milchstraße auswirken. Vermutlich erhitzen die Blasen das Gas, wenn sie sich in den Halo ausdehnen. Wir möchten messen, wie viel Energie aus den Blasen in den Gashalo abgegeben wird. Das ist der Schlüssel zum Verständnis des Einflusses des Schwarzen Lochs auf die Sternentstehung. Ein neuer deutsch-russischer Satellit namens eRosita soll 2016 starten und könnte dabei helfen. Wir hoffen, dass uns die Daten dabei helfen werden, Details über alle Teile der Blase zu erfahren und wie sie mit dem sie umgebenden Gas interagieren.

D. F.: Ich stimme dem, was Meng gerade gesagt hat, voll und ganz zu. Das wird ein sehr wichtiger Datensatz sein.

T. S.: Ich freue mich darauf, den genauen Ursprung der Blasen herauszufinden. Wenn Sie beispielsweise einige grundlegende Annahmen treffen, sieht es so aus, als ob das Gammastrahlensignal einige sehr seltsame Eigenschaften hat. Überraschend ist vor allem die Tatsache, dass die Blasen so einheitlich aussehen. Sie würden nicht erwarten, dass die physikalischen Prozesse, von denen wir glauben, dass sie innerhalb der Blasen ablaufen, diese Gleichförmigkeit erzeugen. Sind hier mehrere Prozesse am Werk? Sieht das Strahlungsfeld innerhalb der Blasen ganz anders aus, als wir erwarten? Gibt es eine seltsame Aufhebung zwischen der Elektronendichte und dem Strahlungsfeld? Dies sind nur einige der Fragen, die wir noch haben, Fragen, die weitere Beobachtungen – wie die, über die Meng sprach – beleuchten sollten.

D. F.: Mit anderen Worten, wir suchen immer noch im Detail und sagen: 'Das sieht komisch aus'.

Von einem Ende zum anderen erstrecken sich neu entdeckte Gammastrahlenblasen (Magenta) über 50.000 Lichtjahre oder etwa die Hälfte der Milchstraße

Von einem Ende zum anderen erstrecken sich neu entdeckte Gammastrahlenblasen (Magenta) über 50.000 Lichtjahre oder etwa die Hälfte des Durchmessers der Milchstraße.(Bildnachweis: NASA)

TKF: Es hört sich so an, als müssten noch viele weitere Beobachtungen gemacht werden, bevor wir die Fermi-Blasen vollständig verstehen können. Aber gibt es nach dem, was wir bereits wissen, etwas, das den galaktischen Kern wieder entzünden könnte, um mehr solcher Blasen zu erzeugen?

D. F.: Nun, wenn wir recht haben, dass die Blasen aus dem Schwarzen Loch stammen und eine Menge Materie aufsaugen, lassen Sie einfach einen Haufen Gas auf das Schwarze Loch fallen und Sie werden ein Feuerwerk sehen.

TKF: Gibt es in der Nähe unseres Schwarzen Lochs viel Materie, die dieses Feuerwerk auf natürliche Weise auslösen könnte?

D. F.: Oh sicher! Ich glaube nicht, dass es zu unseren Lebzeiten passieren wird, aber wenn Sie vielleicht 10 Millionen Jahre warten, wäre ich überhaupt nicht überrascht.

FRAU.: Es gibt kleinere Materiestücke, wie eine Gaswolke namens G2, von der die Leute schätzen, dass sie so viel Masse wie vielleicht drei Erden hat, die wahrscheinlich in nur wenigen Jahren in das Schwarze Loch gezogen werden wird. Das wird wahrscheinlich nicht so etwas wie die Fermi-Blasen produzieren, aber es wird uns etwas über die Umgebung um das Schwarze Loch und die Physik dieses Prozesses sagen. Diese Beobachtungen könnten uns helfen zu erfahren, wie viel Masse es benötigt hätte, um die Fermi-Blasen zu erzeugen, und welche Arten von Physik dabei zum Tragen kamen.

D. F.: Es stimmt, wir könnten etwas Interessantes aus dieser G2-Cloud lernen. Dies könnte jedoch ein Ablenkungsmanöver sein, da kein vernünftiges Modell darauf hinweist, dass es Gammastrahlen produziert. Es würde eine etwa 100.000.000-mal größere Gaswolke brauchen, um eine Fermi-Blase zu erzeugen.

FRAU.: Es gibt viele Beweise dafür, dass das galaktische Zentrum vor mehreren Millionen Jahren eine ganz andere Umgebung war. Aber es ist schwer, die Gesamtgeschichte davon abzuleiten, wie die Dinge in der Vergangenheit waren und was in der Zwischenzeit passiert ist. Ich denke, die Fermi-Blasen könnten einen sehr einzigartigen, direkten Beweis dafür liefern, dass es einst viel reicheres umgebendes Gas und Staub gab, das das zentrale Schwarze Loch nährte, als es heute der Fall ist.

TKF: Die Fermi-Blasen bleiben sicherlich ein spannendes Forschungsgebiet. Das gilt auch für Dunkle Materie, nach der Sie ursprünglich gesucht haben, als Sie die Fermi-Blasen entdeckt haben. Wie läuft diese ursprüngliche Jagd nach Dunkler Materie ab?

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D. F.: Wir haben uns wirklich geschlossen. Wenn es eine der am meisten diskutierten Arten von theoretischen Teilchen der Dunklen Materie, das Weakly Interacting Dark Matter Particle oder WIMP, gibt, sollte es eine Art Gammastrahlensignal abgeben. Es ist nur eine Frage, ob dieses Signal auf einem Niveau liegt, das wir erkennen können. Wenn Sie also dieses Signal jemals in der inneren Galaxie sehen wollen, müssen Sie all die anderen Dinge verstehen, die Gammastrahlen erzeugen. Wir dachten, wir hätten sie alle verstanden, und dann kamen die Fermi-Blasen. Jetzt müssen wir diese Blasen wirklich gründlich verstehen, bevor wir uns wieder auf die Suche nach WIMPs im Zentrum der Galaxie machen können. Sobald wir sie gut verstanden haben, können wir die Gammastrahlen der Fermi-Blase getrost vom gesamten Gammastrahlensignal subtrahieren und nach verbleibenden überschüssigen Gammastrahlen suchen, die von dunkler Materie stammen könnten.

Zusammenfassend Zitate von Richard Feynman und Valentine Telegdi: 'Die Sensation von gestern ist die Kalibrierung von heute ist der Hintergrund von morgen.' Die Fermi-Blasen sind an sich sicherlich sehr interessant und werden die Leute viele Jahre lang damit beschäftigen, herauszufinden, was sie sind. Aber sie sind auch ein Hintergrund oder ein Vordergrund für jede Suche nach Dunkler Materie und müssen auch aus diesem Grund verstanden werden.

T. S.: Daran arbeite ich derzeit in meiner Forschung. Und die erste Frage zu dem, was Doug gerade gesagt hat, ist oft: 'Nun, warum sucht ihr nicht einfach nach Beweisen für dunkle Materie an einem anderen Ort als der inneren Galaxie?' Aber in WIMP-Modellen der Dunklen Materie erwarten wir, dass die Signale vom galaktischen Zentrum deutlich heller sind als anderswo am Himmel. Das galaktische Zentrum einfach aufzugeben ist also im Allgemeinen keine gute Option.

Wenn wir uns die Fermi-Blasen in der Nähe des galaktischen Zentrums ansehen, haben wir ein vielversprechendes Signal gefunden, das möglicherweise mit dunkler Materie in Verbindung gebracht werden könnte. Es erstreckt sich über eine beträchtliche Entfernung vom galaktischen Zentrum und hat viele der Eigenschaften, die Sie von einem Signal dunkler Materie erwarten würden – einschließlich des Auftretens auch außerhalb der Blasen.

Dies ist ein sehr konkreter Fall, bei dem Untersuchungen der Fermi-Blasen etwas aufgedeckt haben, das möglicherweise mit dunkler Materie in Verbindung steht, wonach wir in erster Linie gesucht haben. Es betont auch, wie wichtig es ist zu verstehen, was genau in den Blasen vor sich geht, damit wir diese sehr interessante Region des Himmels besser verstehen können.

D. F.: Es wäre eine überragende Ironie, wenn wir die Fermi-Blasen bei der Suche nach dunkler Materie finden und dann beim Studium der Fermi-Blasen dunkle Materie entdecken würden.

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