Samanyolu galaksisinin bu Fermi görüntüsünün üzerine, galaksinin merkezinden gelen açıklanamayan bir gama radyasyonu fazlalığı olan Galaktik Merkez Fazlalığı (GCE) yerleştirilmiştir. Fermi Gama Işınları Uzay Teleskobu (FGST), GCE’yi ilk olarak 2009’da tespit etti ve o zamandan beri gökbilimciler kaynağın üzerinde kafa yoruyorlar. 

2009 yılında, FGST’yi kullanan gökbilimciler, Samanyolu galaksisinin merkezinde bir enerji fazlalığı keşfettiler. Derin uzay gözlemleri, GCE olarak adlandırılan bu enerjinin kaynağını bulamadı. Peki bu enerjiyi ne üretiyordu?

Birden fazla hipotez var. Bazıları pulsarların sorumlu olabileceğini, bazıları bölgedeki yoğun yıldız popülasyonunun sebep olabileceğini, bazıları ise Samanyolu’nun süper kütleli kara deliği olan Sgr. A*’nın sorumlu olabileceğini öne sürüyor.

Kimileri de karanlık maddenin GCE’nin kaynağı olabileceğini söylüyor. Bu durumda, kendi kendini yok eden karanlık madde suçlu oluyordu. Kendi kendini yok eden karanlık madde, karanlık madde parçacıklarının kendi anti-parçacıkları olduğu durumdur.

Yok olduklarında gama ışınları yayarlar. Zayıf Etkileşimli Büyük Kütleli Parçacıklar (WIMP) bu karanlık madde parçacıkları için önde gelen adaydır, ancak bunlar, karanlık maddenin kimliği gibi, tamamen teoriktir.

Yeni araştırmanın lideri Viyana Üniversitesi’nden Florian List’e göre, “karanlık madde, GCE’nin kaynağı olarak göz ardı edilemez. GCE, yok edici karanlık maddenin keşfinin habercisi olabilir.” 

“Sinyali yorumlamak özellikle zordur çünkü Galaktik Merkez, gama ışınları nedeniyle gökyüzünün son derece parlak ve yoğun bir bölgesidir” diyor.

GCE üzerine yapılan önceki araştırmalar, parlak ancak çözümlenmemiş nokta kaynaklarının sorumlu olması gerektiğini göstermişti. Bu da pulsarlar anlamına gelir.

Samanyolu’nun çekirdeğindeki 1000 milisaniyeden fazla süreli pulsarlar gama ışını fazlalığından sorumludur. Ancak bireysel olarak, bunların çoğu FGST’nin tespit edebileceği kadar parlak değildir.

Soldaki panel, FGST tarafından galaktik merkezde tespit edilen 1 ile 3,16 Giga elektron volt (GeV) arasındaki enerjilere sahip gama ışınlarının haritasını göstermektedir; kırmızı en yüksek sayıyı belirtir. Öne çıkan pulsarlar etiketlenmiştir. Sağdaki panel, bilinen tüm yakındaki gama ışını kaynaklarını ortadan kaldırır ve karanlık madde yok oluşlarından kaynaklanabilecek fazla emisyonu ortaya çıkarır. 

GCE’nin önceki analizlerinin çoğu, List ve meslektaşlarının kritik bir bilgi parçası olarak adlandırdığı şeyi, yani bireysel gama fotonlarının kesin enerji seviyesini içermeyen istatistiksel analizlere dayanıyordu.

Bu çalışmada, araştırmacılar 1 milyondan fazla simüle edilmiş gama ışını fotonunun enerji seviyelerinde eğitilmiş bir yöntem geliştirdiler. Bu, araştırmacıların ilk kez spektral (tayfsal) ve uzamsal bilgileri eş zamanlı olarak değerlendirmelerine olanak sağladı.

Araştırmacılar, “burada, sinir ağı simülasyonuna dayalı bir çıkarım yaklaşımının, uzamsal ve spektral verileri birlikte analiz edebileceğini gösteriyoruz.” 

“Eklenen bilgi çok önemli: enerji bilgisi, varsayılan nokta kaynaklarının önemli ölçüde daha sönük olmasına yol açıyor; bu da ya GCE’nin gerçekten dağınık bir yapıya sahip olduğunu ya da olağanüstü sayıda kaynaktan oluştuğunu gösteriyor” dediler.

Bu, kaynakların milisaniyelik pulsarlar olması durumunda en az 35.000 tane olması gerektiği anlamına gelir. Bu, orada olduğu düşünülen birkaç yüz ila birkaç bin sayısından çok daha fazladır.

Bunların çözümlenmesi çok zor olduğu için kaç tane olduğunun doğrudan bir sayımı yoktur. Ancak modellere dayalı önceki birçok çalışma, sayının bundan çok daha az olabileceğini göstermiştir.

Araştırmacılar, “eğer noktasal kaynaklardan kaynaklanıyorsa, ortalama tahminimiz 100.000 kaynak veya % 90 güvenle 35.000’den fazla kaynaktır; her ikisi de GCE’nin önceki noktasal kaynak analizlerinin tercih ettiği yüzlerce sayısından kat kat daha büyüktür” dediler.

GCE’nin kaynağı, astrofizikte çözülmesi zor bir sorundur. araştırmacılar bu sorunu çözdüklerini söylemiyorlar; bunun yerine, kendi kendini yok eden karanlık maddenin olasılığının göz ardı edilemeyeceğini belirtiyorlar.

Araştırma ekibi, “GCE’yi neyin çalıştırdığı Fermi döneminin kilit sorularından biri olmaya devam ediyor. Son derece zor bir problem olmasına rağmen, ilerleme mümkün ve makine öğrenimi, uzun süredir devam eden sınırlamaların ötesine geçmek için güçlü bir araç olduğunu kanıtlıyor” diyor.

Araştırmacılar, bireysel foton enerjilerini de çalışmalarına dahil ederek, kaynak sayım dağılımını karanlık madde tarafından öngörülen emisyonlardan ayırt edilemez hale getirdiklerini belirtiyorlar. Dolayısıyla bu çalışma, “nokta kaynak hipotezi lehine olan en önemli kanıtlardan birini” baltalıyor.

List, “GCE’nin kökeni, astrofizikteki en uzun soluklu tartışmalardan biridir. Çalışmamız, karanlık maddenin bu sinyalden sorumlu olduğunu göstermiyor. Ancak, bu olasılığı tamamen dışlamak için henüz çok erken olduğunu da gösteriyor” dedi.