Може ли чудни рендгенски сигнал који долази из кластера галаксије Персеус бити наговештај неухватљиве тамне материје у нашем Универзуму?
Користећи архивске податке из рендгенске опсерваторије Цхандра и мисије КСММ-Невтон, астрономи су пронашли неидентификовану линију емисије рендгенских зрака или шпиц интензитета на врло специфичној таласној дужини светлости рендгенских зрака. Овај шиљак пронађен је и у 73 друге групе галаксија у подацима КСММ-Невтон.
Научници предлажу да је једна интригантна могућност да се Кс-зраци настају распадом стерилних неутрина, хипотетичког типа неутрина који је предложен као кандидат за тамну материју и предвиђа се да ће комуницирати са нормалном материјом само путем гравитације.
"Знамо да је објашњење тамне материје дугачко, али исплата би била огромна ако смо у праву", рекла је Есра Булбул из Харвард-Смитхсониан центра за астрофизику (ЦфА) у Цамбридгеу, Массацхусеттс, која је предводила студија. "Дакле, наставићемо да тестирамо ову интерпретацију и видећемо где нас води."
Астрономи процењују да је отприлике 85 процената све материје у Универзуму тамна материја, невидљива чак и најмоћнијим телескопима, али је открива својим гравитационим повлачењем.
Галакси кластери су добро место за тражење тамне материје. Садрже стотине галаксија, као и огромну количину врућег гаса који испуњава простор између њих. Али мерења гравитационог утицаја галаксијских кластера показују да галаксије и гас чине само једну петину укупне масе. Остало се сматра тамном материјом.
Булбул је у посту на блогу Цхандра објаснила да жели покушати лов на тамну материју „слагањем“ (слојевитих опсервација једна преко друге) велики број посматрања галаксијских кластера како би побољшали осетљивост података који долазе из Цхандра и КСММ- Невтон.
„Велика предност слагања посматрања није само повећани однос сигнал-шум (тј. Количина корисног сигнала у поређењу са позадинским шумом), већ и смањени ефекти детектора и позадинских карактеристика“, написао је Булбул. "Емисија позадинских рендгенских зрака и инструментални шум су главне препреке у анализи слабих објеката, као што су галаксије."
Њен основни циљ у кориштењу технике слагања био је прецизирање претходних горњих граница својстава честица тамне материје и можда чак и проналазак слабе линије емисије из претходно неоткривених метала.
„Ове слабе емисионе линије метала потичу од познатих атомских прелаза који се одвијају у врућим атмосферама галаксијских кластера“, рекао је Булбул. „Након што сам провео годину дана смањујући, пажљиво прегледавајући и слажући КСММ-Невтон-ове рентгенске опсервације 73 кластера галаксије, приметио сам неочекивану линију емисије на око 3,56 килоелектронских волти (кеВ), специфичну енергију у распону рендгенских зрака. “
Теоретски, стерилни неутрино пропада у активни неутрин емитујући рендгенски фотон у кеВ опсегу који се може открити рендгенском спектроскопијом. Булбул је рекла да су резултати њеног тима у складу са теоретским очекивањима и горњим границама постављеним претходним претрагама рендгенских снимака.
Булбул и њене колеге радиле су годину дана да потврде постојање линије у различитим подузорцима, али кажу да им преостаје много посла да потврде да су заиста откриле стерилне неутрине.
"Наш следећи корак је комбиновање података Цхандра и ЈАКСА мисије Сузаку за велики број галаксијских кластера како бисмо видели да ли ћемо пронаћи исти рендгенски сигнал", рекао је коаутор Адам Фостер, такође ЦфА. „Постоји много идеја о томе шта би ови подаци могли да представљају. Сигурно нећемо знати све док Астро-Х не буде лансиран, са новом врстом рендгенских детектора који ће моћи да мере линију са више прецизности него што је то тренутно могуће. "
Астро-Х је друга јапанска мисија коју би требало да покрене 2015. године са инструментом високе резолуције који би требало да види боље детаље у спектрима, а Булбул је рекао да се надају да ће моћи "недвосмислено разликовати астрофизичку линију од сигнала тамне материје и реците нам шта је заправо нова рендгенска емисија. "
Будући да је емисијска линија слаба, ово откриће потиче могућности Цхандра и КСММ Невтон у смислу осјетљивости. Такође, тим каже да могу постојати и другачија објашњења осим стерилних неутрина ако се сматра да је та линија рендгенских зрака стварна. Постоје начини да је нормална материја у кластеру могла да произведе линију, мада је анализа тима сугерисала да би све то укључивало мало вероватне промене у нашем разумевању физичких услова галаксије или детаља атомске физике изузетно врућих гасова.
Аутори такође примећују да чак и ако је стерилна интерпретација неутрина тачна, њихово откривање не мора нужно подразумевати да је сва тамна материја састављена од ових честица.
Изјава за штампу у Чандри поделила је занимљив закулисни поглед на то како се наука дели и разговара међу научницима:
Због потенцирања ових резултата, аутори су, након слања у часопис Астропхисицал Јоурнал, копију рада поставили у јавно доступну базу података, арКсив. Овај форум омогућава научницима да прегледају рад прије него што је прихваћен у часопису за рецензију. Рад је покренуо буку активности, а 55 нових радова је већ цитирало овај рад, углавном укључујући теорије које су расправљале о емисионој линији као могућем доказу тамне материје. Неки радови истражују стерилну неутринску интерпретацију, али други сугерирају да су детектиране различите врсте кандидатних честица тамне материје, попут аксона.
Само недељу дана након Булбул и др. ставили свој рад на арКсив, друга група, коју је предводио Алексеј Бојарски са Универзитета у Лејдену у Холандији, ставила је папир на арКсив извештаје о доказима за линију емисије исте енергије у КСММ-Њутоновим посматрањима галаксије М31 и периферије кластера Персеус. Ово јача доказ да је линија емисија стварна, а не инструментални артефакт.
Додатна литература:
Рад Булбул и др.
Саопштење за јавност Цхандра
Изјава за штампу ЕСА
Цхандра блог
