Czarna dziura + ciemna materia = światło?

Dwie „najciemniejsze” rzeczy we wszechświecie w połączeniu mogą emitować światło, a przynajmniej silne promieniowanie elektromagnetyczne. Jak to możliwe? Czyżby czarne dziury miały nas oświecić w kwestii budowy ciemnej materii?

Wbrew powszechnej opinii nie cała materia opadająca ku czarnej dziurze niechybnie ginie w jej czeluściach. Część naładowanych cząstek, jak protony i elektrony, wskutek oddziaływania z silnym polem magnetycznym supermasywnej czarnej dziury wyrzucana jest wzdłuż jej osi z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Cząstki te, poruszając się niemal z prędkością światła, tworzą długie na dziesiątki, a nawet setki tysięcy lat świetlnych strugi zwane dżetami (na zdjęciu).

Zdaniem Stefano Profuno z Uniwersytetu Kalifornijskiego oraz jego zespołu badaczy uniknięcie pożarcia przez czarną dziurę to wcale nie koniec przygód cząstek mknących w dżecie, a przynajmniej elektronów. Według tych uczonych pędzące elektrony mogą wchodzić w reakcję z wypełniającą przestrzeń międzygwiezdną ciemną materią. Jednym z końcowych produktów tej reakcji miałoby być promieniowanie gamma, czyli po prostu wysokoenergetyczne fotony.

Jak na razie, to jednak czysta teoria. Nie wiadomo bowiem, z czego składa się ciemna materia. Z tego powodu mówienie o reakcjach z jej udziałem może nie mieć związku z rzeczywistością.

Na potrzeby swoich rozważań zespół Profuno przyjął, że ta tajemnicza substancja to przewidywane przez niektóre teorie tzw. cząstki supersymetryczne (jak dotąd niewykryte). Inna możliwość, którą uczeni wzięli pod uwagę, to istnienie czwartego, ukrytego wymiaru przestrzennego, umożliwiającego niektórym cząstkom przyjmowanie pewnego egzotycznego stanu kwantowego. Cząstki w takich stanach odpowiadałyby za efekty wiązane obecnie z ciemną materią.

Wszystko to brzmi może trochę jak nie najwyższych lotów fantastyka naukowa. Hipoteza ta ma jednak istotną cechę odróżniającą ją od czczych dywagacji: jest sprawdzalna. Jeśli Profuno i jego współpracownicy się nie mylą i część fotonów emitowanych przez cząstki w dżetach rzeczywiście pochodzi z „ciemnych reakcji”, jesteśmy w stanie to zaobserwować już obecnie za pośrednictwem Teleskopu Kosmicznego Fermi.

Pozytywny wynik takiej obserwacji nie tylko stanowiłby kolejny niezależny dowód istnienia ciemnej materii, ale również dostarczyłby ważnych wskazówek dotyczących jej budowy. Bez odpowiedzi na pytanie o skład tej dominującej we wszechświecie formy materii nie zrozumiemy do końca mechanizmów rządzących jego powstaniem i ewolucją.