Ar keistas rentgeno signalas, sklindantis iš Perseus galaktikų spiečiaus, gali būti užuomina apie sunkiai pasiekiamą tamsiąją medžiagą mūsų Visatoje?
Naudodamiesi „Chandra“ rentgeno observatorijos ir „XMM-Newton“ misijos archyviniais duomenimis, astronomai rado neidentifikuotą rentgeno spinduliuotės liniją arba intensyvumo smailę esant labai specifiniam rentgeno spindulio bangos ilgiui. Šis smaigas taip pat buvo rastas 73 kitose galaktikų grupėse XMM-Niutono duomenyse.
Mokslininkai siūlo, kad viena intriguojanti galimybė yra ta, kad rentgeno spinduliai susidaro suirus steriliems neutrinams - hipotetiniam neutrino tipui, kuris buvo pasiūlytas kaip kandidatas į tamsiąją medžiagą ir kuris, kaip prognozuojama, sąveikauja su normalia medžiaga tik per gravitaciją.
„Mes žinome, kad tamsiosios materijos paaiškinimas yra tolimas smūgis, tačiau pelnas būtų didžiulis, jei mes teisūs“, - sakė Esra Bulbul iš Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centro (CfA) Kembridže, Masačusetso valstijoje, kuri vadovavo tyrimas. „Taigi mes toliau bandysime šią interpretaciją ir žiūrėsime, kur ji mus nuves“.
Astronomų vertinimu, maždaug 85 procentai visos materijos Visatoje yra tamsiosios materijos, nematomos net galingiausiems teleskopams, tačiau aptinkamos jos gravitacinio traukos dėka.
Galaktikų sankaupos yra geros vietos tamsiosios medžiagos paieškai. Juose yra šimtai galaktikų, taip pat didžiulis kiekis karštų dujų, užpildančių erdvę tarp jų. Bet galaktikų sankaupų gravitacinio poveikio matavimai rodo, kad galaktikos ir dujos sudaro tik apie penktadalį visos masės. Manoma, kad visa kita yra tamsi materija.
„Buldas“ „Chandra“ tinklaraščio įraše paaiškino, kad nori pabandyti medžioti tamsiąją medžiagą „sukraudamas“ (vienas ant kito išdėstytus stebėjimus) dideliu skaičiumi galaktikų spiečių stebėjimų, kad pagerintų „Chandra“ ir „XMM“ gaunamų duomenų jautrumą. Niutonas.
„Didelis stebėjimų kaupimo pranašumas yra ne tik padidėjęs signalo ir triukšmo santykis (tai yra naudingo signalo kiekis, palyginti su foniniu triukšmu), bet ir sumažėjęs detektoriaus bei fono savybių poveikis“, - rašė Bulbulis. „Rentgeno spinduliuotės spinduliuotė ir instrumentinis triukšmas yra pagrindinės kliūtys tiriant silpnus objektus, tokius kaip galaktikų sankaupos“.
Jos pagrindinis tikslas, naudojant krovimo techniką, buvo patikslinti ankstesnes viršutines tamsiosios medžiagos dalelių savybių ribas ir galbūt net surasti silpną emisijos liniją iš anksčiau neaptinktų metalų.
„Šios silpnos metalų emisijos linijos kyla iš žinomų atominių perėjimų, vykstančių karštoje galaktikų klasterių atmosferoje“, - sakė A. Bulbul. „Metus praleidęs sumažindamas, kruopščiai ištyręs ir sudėjęs 73 galaktikų grupių XMM-Niutono rentgeno stebėjimus, pastebėjau netikėtą maždaug 3,56 kiloelektrono voltų (keV) spinduliuotės liniją - savitąją energiją rentgeno spinduliuotės diapazone. “
Teoriškai sterilus neutrinas skyla į aktyvųjį neutriną, spinduliuodamas rentgeno spinduliuotės fotoną keV diapazone, kurį galima aptikti rentgeno spektroskopijos būdu. Bulbulė teigė, kad jos komandos rezultatai atitinka teorinius lūkesčius ir viršutines ribas, kurias nustatė ankstesnės rentgeno nuotraukos.
Bulbulė ir jos kolegos metus dirbo patvirtindami linijos egzistavimą skirtinguose pavyzdžiuose, tačiau jie sako, kad dar reikia daug nuveikti, kad patvirtintų, jog iš tikrųjų aptiko sterilius neutrinus.
„Kitas mūsų žingsnis yra sujungti duomenis iš„ Chandra “ir„ JAXA “Suzaku misijos daugybei galaktikų grupių, kad pamatytume, ar randame tą patį rentgeno signalą“, - sakė bendraautorius Adamas Fosteris, taip pat iš „CfA“. „Yra daugybė idėjų, ką šie duomenys galėtų atspindėti. Mes tikriausiai nežinome, kol „Astro-H“ nepaleis naujo tipo rentgeno detektorių, kuris galės išmatuoti liniją tiksliau, nei šiuo metu įmanoma. “
„Astro-H“ yra dar viena Japonijos misija, kurią planuojama pradėti 2015 m., Turint didelės raiškos instrumentą, kuris turėtų geriau įžvelgti spektrą. Bulbul teigė, kad jie tikisi sugebėti „vienareikšmiškai atskirti astrofizinę liniją nuo tamsiosios medžiagos signalo“ ir pasakykite mums, kas iš tikrųjų yra ši nauja rentgeno spinduliuotė “.
Kadangi emisijos linija yra silpna, šis aptikimas padidina „Chandra“ ir „XMM Newton“ galimybes jautrumo atžvilgiu. Be to, komanda sako, kad gali būti kitų paaiškinimų, išskyrus sterilius neutrinus, jei ši rentgeno spinduliuotės linija laikoma tikra. Yra būdai, kad normali medžiaga klasteryje galėjo sudaryti liniją, nors komandos analizė parodė, kad visi šie atvejai reikš mažai tikėtina, kad pasikeis mūsų supratimas apie fizines sąlygas galaktikų klasteryje ar ypatingai karštų dujų atominės fizikos detalės.
Autoriai taip pat pažymi, kad net jei sterilus neutrinų aiškinimas yra teisingas, jų aptikimas nebūtinai reiškia, kad visą tamsiąją medžiagą sudaro šios dalelės.
„Chandra“ pranešime spaudai pasidalinta įdomiu užkulisiu, pažvelgiant į tai, kaip mokslas dalijamasi ir aptariamas tarp mokslininkų:
Dėl nepakenčiamo šių rezultatų potencialo, autoriai, pateikę „The Astrophysical Journal“, paskelbė dokumento kopiją viešai prieinamoje duomenų bazėje „arXiv“. Šis forumas leidžia mokslininkams išnagrinėti straipsnį prieš priimant jį į recenzuojamą žurnalą. Straipsnyje buvo užfiksuotas nemalonus aktyvumas. 55 nauji dokumentai jau cituoja šį darbą, daugiausia įtraukiant teorijas, aptariančias išmetamųjų teršalų liniją kaip galimus tamsiosios medžiagos įrodymus. Kai kuriuose straipsniuose nagrinėjamas sterilus neutrinų aiškinimas, tačiau kituose siūlomi skirtingi tamsiosios medžiagos dalelių kandidatų tipai, pavyzdžiui, ašis.
Tik po savaitės po Bulbul ir kt. padėjo savo popierių ant „arXiv“, kita grupė, vadovaujama Aleksejaus Boyarsky iš Leideno universiteto Nyderlanduose, padėjo popierių ant „arXiv“ ataskaitų apie tos pačios energijos išmetimo liniją, pateiktą XMM-Newtono galaktikos M31 ir jos pakraščių stebėjimuose. iš Perseus klasterio. Tai patvirtina įrodymus, kad išmetamųjų teršalų linija yra tikra, o ne instrumentinis artefaktas.
Papildoma literatūra:
Bulbul et al.
„Chandra“ pranešimas spaudai
ESA pranešimas spaudai
„Chandra“ tinklaraštis
