Mater Tywyll yng Nghanol Ein Galaeth Gartref 

Gwnaeth telesgop Fermi arsylwad clir o allyriadau pelydr-γ gormodol yng nghanol ein galaeth gartref a oedd yn ymddangos yn ansfferig ac yn fflat. Cyfeirir at hyn fel Gormodedd Canolfan Galactig (GCE), ac mae'r gormodedd pelydr-γ hwn yn arwydd posibl o fater tywyll yn codi fel cynnyrch hunan-ddinistriadau gronynnau enfawr sy'n rhyngweithio'n wan (WIMPs), ymgeisydd gronyn mater tywyll. Fodd bynnag, gall y gormodedd pelydr-γ a welwyd yng nghanol y galaeth hefyd fod oherwydd hen bylsarau milieiliad (MSPs). Hyd yn hyn, tybiwyd y byddai morffoleg y GCE oherwydd mater tywyll (DM) yn sfferig. Mae astudiaeth efelychu ddiweddar yn datgelu y gallai morffoleg pelydr-gama oherwydd DM fod yn sylweddol ansfferig ac yn fflat. Mae hyn yn golygu bod difodiadau mater tywyll (DM) a damcaniaethau bylsarau milieiliad (MSPs) ar gyfer y GCE a welwyd yr un mor bosibl. Byddai gan y pelydrau gama a gynhyrchir wrth ddifa mater tywyll (DM) lefel egni uchel iawn o tua 0.1 tera-electron-folt (TeV). Ni all y telesgopau pelydr-gama safonol ganfod y ffotonau egni uchel hyn yn uniongyrchol. Felly, byddai cadarnhad o fodel mater tywyll (DM) o Ormodedd Canolfan Galactig (GCE) yn bosibl ar ôl cwblhau astudiaethau gan yr arsyllfeydd tera-γ-pelydr fel Arsyllfa Arae Telesgop Cherenkov (CTAO) ac Arsyllfa Pelydr-gama Maes Eang y De (SWGO).

Dechreuodd stori mater tywyll ym 1933 pan sylwodd Fritz Zwicky na all y galaethau cyflym yng Nghlwstwr Coma ddal at ei gilydd a pharhau'n sefydlog heb bresenoldeb mater ychwanegol sydd rywsut yn anweledig ond sy'n arfer effaith disgyrchiant ddigonol i atal galaethau rhag cwympo'n ddarnau. Bathodd y term "mater tywyll" i gyfeirio at fater anweledig o'r fath. Yn y 1960au, gwnaeth Vera Rubin gyfraniad arloesol at ein dealltwriaeth o fater tywyll. Nododd fod y sêr ar ymylon allanol Andromeda a galaethau eraill yn cylchdroi gyda chyflymder mor gyflym â chyflymder y sêr tuag at y canol. Ar gyfer swm penodol yr holl fater a welwyd, dylai'r galaeth fod wedi hedfan ar wahân gan olygu bod angen presenoldeb rhywfaint o fater anweledig ychwanegol sy'n cadw'r galaethau at ei gilydd ac yn eu gwneud i gylchdroi ar gyflymderau uchel. Darparodd ei mesuriadau o gromliniau cylchdro galaeth Andromeda y dystiolaeth gynharaf o fater tywyll.  

Nawr rydyn ni'n gwybod nad yw mater tywyll yn rhyngweithio â golau na grym electromagnetig. Nid yw'n amsugno, adlewyrchu nac allyrru golau nac unrhyw ymbelydredd electromagnetig arall ac mae'n anweledig, felly cyfeirir ato fel mater tywyll. Ond mae'n clystyru'n ddisgyrchiol ac mae ganddo effaith ddisgyrchiol ar fater cyffredin, a dyma sut mae ei bresenoldeb yn y gofod yn cael ei awgrymu'n gyffredinol. Mae galaethau'n cael eu dal gyda'i gilydd mewn cydbwysedd gan effaith ddisgyrchiol y mater tywyll sy'n ffurfio cymaint â 26.8% o gynnwys ynni màs y bydysawd, tra bod y bydysawd arsylladwy cyfan, gan gynnwys yr holl fater cyffredin baryonig yr ydym ni i gyd wedi'n gwneud ohono, yn ffurfio dim ond 4.9% o'r bydysawd. Y 68.3% sy'n weddill o gynnwys ynni màs y bydysawd yw ynni tywyll.  

Nid yw'n hysbys beth yw mater tywyll mewn gwirionedd. Dim gronynnau sylfaenol yn y Model Safonol sydd â phriodweddau sydd eu hangen i fod yn fater tywyll. Efallai mai “gronynnau uwchgymesur” damcaniaethol sy’n bartneriaid i’r gronynnau yn y Model Safonol sy’n gwneud mater tywyll. Efallai bod byd cyfochrog o fater tywyll. Gronynnau damcaniaethol y tu hwnt i’r Model Safonol yw WIMPs (Gronynnau Enfawr Rhyngweithiol Gwan), echelinau, neu niwtrinos di-haint, sy’n ymgeiswyr blaenllaw. Fodd bynnag, ni chafwyd unrhyw lwyddiant eto wrth ganfod gronynnau o’r fath.  

Mae yna nifer o brosiectau (megis Arbrawf XENON, Prosiect DarkSide-20k, Arbrawf Presgripsiwn EURECA, a RES-NOVA) ar y gweill ar hyn o bryd ar gyfer canfod gronynnau mater tywyll yn uniongyrchol. Synwyryddion nwyon nobl hylif neu synwyryddion cryogenig yw'r rhain yn bennaf, sydd wedi'u cynllunio i ganfod signalau gwan o ryngweithiadau gronynnau mater tywyll. Fodd bynnag, er gwaethaf llawer o ddulliau newydd, nid oes unrhyw brosiect wedi gallu canfod unrhyw ronyn mater tywyll yn uniongyrchol eto. 

Am dystiolaeth anuniongyrchol o'r mater tywyll, gellir chwilio am effeithiau disgyrchiant mater tywyll, fel y gwnaeth Fritz Zwicky a Vera Rubin i ddarganfod mater tywyll trwy astudio sut mae galaethau'n cael eu dal at ei gilydd er gwaethaf cael cyflymderau anghymesur o uchel ar gyfer y mater cyffredin a arsylwyd. Gall effeithiau disgyrchiant lensio (plygu golau) ac effeithiau ar symudiad sêr yn y gofod hefyd ddarparu tystiolaeth anuniongyrchol o bresenoldeb mater tywyll. Yn ogystal, gall cynhyrchion difodiant (megis pelydrau gama, niwtrinos, a phelydrau cosmig) a grëir pan fydd gronynnau mater tywyll yn gwrthdaro â'i gilydd yn y gofod hefyd nodi presenoldeb mater tywyll. Un lleoliad o'r fath lle rhagfynegwyd mater tywyll yn seiliedig ar gynhyrchion difodiant gronynnau mater tywyll yw canol ein galaeth gartref, Llwybr Llaethog.  

Canfod mater tywyll yng nghanol ein galaeth gartref Llwybr Llaethog  

Roedd arwyddion o ormod o lewyrch canolog microdon gwasgaredig yng nghanol Llwybr Llaethog (MW). Awgrymwyd bod y gormod o lewyrch oherwydd allyriadau synchrotron o electronau a phositronau cymharol a gynhyrchwyd mewn difodiant mater tywyll WIMP, felly rhagfynegwyd signal pelydr-γ gwasgaredig estynedig yn yr ystod ynni hyd at ychydig gannoedd o GeV. Wedi hynny, canfu Telesgop Ardal Fawr Fermi (LAT) y signal pelydr-γ a nodwyd fel Gormodedd y Ganolfan Galactig (GCE). Yn fuan, sylweddolwyd y gallai Gormodedd y Ganolfan Galactig (GCE) hefyd fod oherwydd sêr niwtron hen (pulsars milieiliad). Credwyd y byddai morffoleg y GCE yn bwysig - byddai GCE siâp sfferig cymesur yn dynodi allyriadau pelydr-γ o ddifodiant gronynnau mater tywyll (DM) tra byddai morffoleg gwastad o GCE yn awgrymu allyriadau pelydr-γ o bylsars milieiliad (MSP).  

Datgelodd arsylwadau helaeth o ganol galaeth Llwybr Llaethog gan Delesgop Ardal Fawr Fermi (LAT) asfferigedd gwastad. Fel arfer, byddai rhywun yn cysylltu'r asfferigedd a welwyd â sêr hen (MSP) fodd bynnag mae astudiaeth ddiweddar a gyhoeddwyd ar 16 Hydref 2025 wedi dod i'r casgliad nad oes modd gwahaniaethu rhwng y morffolegau GCE a ragfynegwyd gan fodelau difodi sêr hen (MSP) a mater tywyll (DM).   

I astudio dosbarthiad y mater tywyll, cynhaliodd yr ymchwilwyr efelychiad o forffoleg galaethau tebyg i'r Llwybr Llaethog (MW). Fe wnaethant ddarganfod nad oedd yr halos mater tywyll o amgylch y galaethau yn ogystal ag o amgylch rhanbarthau canolog y galaethau yn aml yn sfferig fel y tybir yn y model anisotropig. Yn lle hynny, dangosodd y dadansoddiad dafluniad dwysedd mater tywyll gwastad ar gyfer yr holl alaethau. Dangoswyd y dosbarthiad mater tywyll (DM) an-echelingymesur hwn hefyd gan hanes uno galaeth y Llwybr Llaethog yn y tair biliwn o flynyddoedd cyntaf yn hanes y bydysawd. Mae'r morffoleg a welwyd o GCE wedi'i fflatio dros y rhanbarth canolog, a ystyrir yn gyffredinol yn nodweddiadol o ddosbarthiad seren hen (MSP). Mae'r astudiaeth newydd wedi dangos bod y mater tywyll (DM) yn cynhyrchu dosbarthiad bocsiog tebyg. Felly, mae damcaniaethau difodiant mater tywyll (DM) a phwlsarau milieiliad (MSPs) ar gyfer y GCE a welwyd yr un mor bosibl.   

Byddai'n hysbys a yw'r GCE a welwyd oherwydd mater tywyll (DM) neu oherwydd pylsarau milieiliad (MSPs) pan fydd arsyllfeydd pelydr-γ fel Arsyllfa Arae Telesgop Cherenkov (CTAO) ac Arsyllfa Pelydr-Gama Maes Eang y De (SWGO) yn cwblhau eu hastudiaethau pelydr-tera-gama yn y dyfodol. Byddai'r pelydrau gama a gynhyrchir fel cynnyrch difodi mater tywyll (DM) yng nghanol y galaeth yn ffotonau egni uwch-uchel gyda lefel egni eithriadol o uchel o tua 0.1 tera-electron-folt (TeV). Ni all telesgopau pelydr-gama safonol ganfod y ffotonau egni uchel hyn yn uniongyrchol. Bydd pelydrau tera-gama yn darged pwysig ar gyfer arsyllfeydd pelydr-γ yn y dyfodol fel CTAO a SWGO.  

Mae'r astudiaeth hon yn gam ymlaen o ran canfod mater tywyll yn y gofod trwy ei gynhyrchion difodi, fodd bynnag, byddai angen cadarnhad presenoldeb mater tywyll yng nghanol y galaeth gan arsyllfeydd pelydr-γ egni uwch-uchel fel CTAO neu SWGO yn y dyfodol. Byddai canfod unrhyw ronyn DM yn uniongyrchol yn gynnydd llawer mwy arwyddocaol yng ngwyddoniaeth mater tywyll.  

*** 

Cyfeiriadau:  

1. Hochberg, Y., Kahn, YF, Leane, RK ac eraill. Dulliau newydd o ganfod mater tywyll. Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4 

2. Misiaszeka M. a Rossib N. 2024. Canfod mater tywyll yn uniongyrchol: adolygiad beirniadol. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201  

3. Sefydliad Ffisegol Corfforol. Chwilio am fater tywyll: dull newydd o ganfod yr anweledig. 22 Awst 2025. Ar gael yn https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible 

4. Muru MM, et al 2025. Morffoleg Gormodol Mater Tywyll yng Nghanolfan Galaethol Fermi-LAT mewn Efelychiadau o Alaeth y Llwybr Llaethog. Llythyrau Adolygiad Ffisegol. 135, 161005. Cyhoeddwyd 16 Hydref 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd Fersiwn cyn-argraffu yn arXiv. Cyflwynwyd 8 Awst 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314  

5. Prifysgol Johns Hopkins. Newyddion – Gallai llewyrch dirgel yn y llwybr llaethog fod yn dystiolaeth o fater tywyll. Postiwyd ar 16 Hydref 2025. Ar gael yn https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/  

6. Sefydliad Leibniz ar gyfer Astroffiseg. Newyddion – Mae Llwybr Llaethog yn dangos gormodedd pelydrau gama oherwydd difodiant mater tywyll. Postiwyd 17 Hydref 2025. Ar gael yn https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/  

7. Telesgop Gofod Pelydr-Gama Fermi. Ar gael yn https://science.nasa.gov/mission/fermi/  

8. Arsyllfa Arae Telesgop Cherenkov (CTAO). Ar gael yn https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/  

9. Arsyllfa Gama-pelydr Maes Eang y De (SWGO). Ar gael yn https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub  

10. Arsyllfa Tartu. Ochr dywyll y Bydysawd. Ar gael yn https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe 

***