Lehetséges, hogy a Perseus galaxis klaszteréből származó furcsa röntgenjelek utalnak az univerzumunk megfoghatatlan sötét anyagára?
A csillagászok a Chandra Röntgenmegfigyelő Intézet és az XMM-Newton misszió archív adatait felhasználva azonosítatlan röntgenkibocsátási vonalat vagy intenzitáscsúcsot találtak a röntgenfény nagyon specifikus hullámhosszán. Ezt a tüskét 73 másik galaxisfürtben is megtaláltuk az XMM-Newton adatokban.
A tudósok azt sugallják, hogy az egyik érdekes lehetőség az, hogy a röntgenfelvételeket a steril neutrinók bomlásával állítják elő. Ez egy hipotetikus neutrínotípus, amelyet sötét anyag jelöltjeként javasoltak, és amely várhatóan csak a gravitáció révén hat a normál anyaggal.
"Tudjuk, hogy a sötét anyag magyarázata távoli, de a haszon hatalmas lenne, ha igazak lennénk" - mondta Esra Bulbul a Massachusetts-i Cambridge-i Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központból (CfA), aki a tanulmány. "Tehát tovább fogjuk tesztelni ezt az értelmezést, és meglátjuk, hová tart minket."
A csillagászok becslése szerint az univerzumban az összes anyag megközelítőleg 85% -a sötét anyag, még a legerősebb távcsövek számára is láthatatlan, de gravitációs vonzásával kimutatható.
A galaxis klaszterek jó helyek a sötét anyag keresésére. Több száz galaxist és nagy mennyiségű forró gázt tartalmaznak, amelyek kitöltik a köztük lévő teret. A galaxis klaszterek gravitációs hatásának mérése azonban azt mutatja, hogy a galaxisok és a gáz a teljes tömegnek csak körülbelül egyötödét teszik ki. Úgy gondolják, hogy a többi sötét anyag.
Bulbul a Chandra blog egyik üzenetében kifejtette, hogy a sötét anyag vadászatát meg akarja próbálni úgy, hogy nagyszámú galaxiscsoport-megfigyelést egymásra rak (egymás tetejére fektet megfigyeléseket), hogy javítsa a Chandrából és az XMM-ből származó adatok érzékenységét. Newton.
"A megfigyelések egymásra rakásának nagy előnye nemcsak a megnövekedett jel-zaj arány (azaz a hasznos jel mennyisége a háttérzajhoz képest), hanem a detektor és a háttér jellemzőinek csökkent hatásai" - írta Bulbul. "A röntgen háttérkibocsátás és a műszeres zaj a fő akadályok a halvány tárgyak, például a galaxisfürtök elemzésében."
A halmozási technika alkalmazásának elsődleges célja az volt, hogy finomítsa a sötét anyag részecskék tulajdonságainak korábbi felső határait, és talán még egy gyenge emissziós vonalat találjon a korábban nem észlelt fémekből.
"Ezek a fémekből származó gyenge emissziós vonalok az ismert atomi átmenetekből származnak, amelyek a galaxiscsoportok forró atmoszférájában zajlanak" - mondta Bulbul. „Miután egy évet töltöttem a 73 galaxiscsoport klaszterének XMM-Newton röntgen megfigyeléseinek csökkentésével, alapos vizsgálatával és összerakásával, észrevettem egy váratlan emissziós vonalat körülbelül 3,56 kiloelektron volton (keV), a fajlagos energia a röntgen tartományban. ”
Az elméletben egy steril neutrinó aktív neutrínóra bomlik, ha a keV tartományban röntgen fotont bocsát ki, amely röntgen spektroszkópiával kimutatható. Bulbul elmondta, hogy csapata eredményei összhangban állnak az elméleti elvárásokkal és a korábbi röntgenfelvételek által felvetett felső határokkal.
Bulbul és kollégái egy éven át dolgoztak annak megerősítésére, hogy a vonal létezik-e a különböző almintákban, de azt mondják, hogy még sok tennivalónk van annak megerősítéséhez, hogy valóban kimutattak-e steril neutrinókat.
"Következő lépésünk a Chandra és a JAXA Suzaku missziójának adatainak összekapcsolása számos galaxis klaszterben annak ellenőrzése érdekében, hogy ugyanazt a röntgen jelet találjuk-e" - mondta Adam Foster, a CfA társszerzője. „Sok ötlet van odakint arról, hogy ezek az adatok mit képviselhetnek. Valószínűleg nem tudjuk, amíg az Astro-H el nem indul, új típusú röntgendetektorral, amely a jelenleginél pontosabb pontossággal képes mérni a vonalat. ”
Az Astro-H egy másik japán misszió, amelyet 2015-ben terveznek elindítani egy nagy felbontású műszerrel, amelynek jobban kell látnia a spektrumot. Bulbul azt mondta, hogy remélik, hogy képesek lesznek egyértelműen megkülönböztetni egy asztrofizikai vonalat a sötét anyag jelétől. és mondja el, mi ez az új röntgenkibocsátás valóban. "
Mivel a kibocsátási vonal gyenge, ez az érzékelés tovább növeli a Chandra és az XMM Newton képességeit az érzékenység szempontjából. A csoport szerint a steril neutrinókon kívül más magyarázatok is lehetnek, ha ez a röntgenkibocsátási vonal valódinak tekinthető. Vannak olyan módok, amelyekkel a klaszter normál anyaga előállíthatta a vonalat, bár a csapat elemzése szerint ezek mindegyike valószínűtlen változásokkal járna a galaxis klaszter fizikai körülményeinek megértésében vagy a rendkívül forró gázok atomfizikájának részleteiben.
A szerzők azt is megjegyzik, hogy még ha a steril neutrino-értelmezés helyes is, detektálása nem feltétlenül jelenti azt, hogy az összes sötét anyag ezekből a részecskékből áll.
A Chandra sajtóközleményében érdekes mögött volt a tudomány megosztása és megvitatása a tudósok között:
Ezen eredmények elbűvölő lehetősége miatt az Astrophysical Journal elküldése után a szerzők a papír egy példányát közzétették az arXiv nyilvánosan elérhető adatbázisban. Ez a fórum lehetővé teszi a tudósoknak, hogy megvizsgálják a papírt, mielőtt azt egy recenzált folyóiratba elfogadnák. A cikk megrongálta a tevékenységek szélsőségességét: 55 új cikk már hivatkozott erre a munkára, többnyire a sötét anyag esetleges bizonyítékaként az emissziósort megvitató elméletekkel. Néhány cikk a steril neutrinointerpretációt vizsgálja, mások azonban a sötét anyag jelölt részecskék különféle típusait, például az axiont javasolják.
Csak egy héttel Bulbul et al. papírját az arXiv-hez helyezte, egy másik csoport, a hollandiai Leideni Egyetem vezetésével, Alexey Boyarsky vezetésével, az arXiv-hez jelentést tett az emissziósorról, azonos energiával az M31 galaxis és a külváros XMM-Newton megfigyeléseinél. a Perseus klaszter Ez megerősíti azt a bizonyítékot, hogy a kibocsátási vonal valódi, és nem műszeres mű.
További irodalom:
Bulbul és mtsai.
A Chandra sajtóközleménye
ESA sajtóközlemény
Chandra blog
