Môže byť zvláštny röntgenový signál pochádzajúci z klastra galaxie Perseus náznakom nepolapiteľnej temnej hmoty v našom vesmíre?
Použitím archívnych údajov z röntgenového observatória Chandra a misie XMM-Newton astronómovia našli neidentifikovanú čiaru röntgenového žiarenia alebo špičku intenzity pri veľmi špecifickej vlnovej dĺžke röntgenového svetla. Tento hrot bol tiež nájdený v 73 ďalších galaktických zhlukoch v údajoch XMM-Newton.
Vedci navrhujú, že jednou zaujímavou možnosťou je, že röntgenové lúče sú produkované rozpadom sterilných neutrín, hypotetického typu neutrína, ktorý bol navrhnutý ako kandidát na tmavú hmotu a predpokladá sa, že bude interagovať s normálnou hmotou iba gravitáciou.
"Vieme, že vysvetlenie temnej hmoty je dlhá rana, ale vyplatenie by bolo obrovské, keby sme mali pravdu," uviedla Esra Bulbul z Harvard-Smithsonianského centra pre astrofyziku (CfA) v Cambridge v štáte Massachusetts, ktorý viedol študovať. "Takže budeme pokračovať v testovaní tejto interpretácie a uvidíme, kam nás to zavedie."
Astronómovia odhadujú, že približne 85 percent všetkej hmoty vo vesmíre sú temné látky, ktoré neviditeľné ani pre najmocnejšie teleskopy, ale zistiteľné gravitačným ťahom.
Zhluky galaxií sú dobrým miestom na hľadanie temnej hmoty. Obsahujú stovky galaxií a obrovské množstvo horúceho plynu, ktoré vyplňuje priestor medzi nimi. Merania gravitačného vplyvu klastrov galaxií však ukazujú, že galaxie a plyn tvoria iba asi jednu pätinu celkovej hmotnosti. Zvyšok sa považuje za temnú hmotu.
Bulbul v príspevku na blogu Chandra vysvetlila, že chce skúsiť lov tmavej hmoty „stohovaním“ (pozorovania vrstiev na seba) veľkým počtom pozorovaní klastrov galaxií, aby sa zvýšila citlivosť údajov pochádzajúcich z Chandry a XMM- newton.
„Veľkou výhodou sledovania stohovania nie je iba zvýšený pomer signálu k šumu (to znamená množstvo užitočného signálu v porovnaní so šumom v pozadí), ale aj znížené účinky detektora a funkcií na pozadí,“ napísal Bulbul. „Röntgenová emisia pozadia a inštrumentálny hluk sú hlavnými prekážkami pri analýze slabých objektov, ako sú klastre galaxií.“
Jej primárnym cieľom pri použití stohovacej techniky bolo spresnenie predchádzajúcich horných limitov na vlastnosti častíc temnej hmoty a možno dokonca nájsť slabú emisnú čiaru z predtým nezistených kovov.
"Tieto slabé emisné vedenia z kovov pochádzajú zo známych atómových prechodov, ktoré sa odohrávajú v horúcich atmosférach klastrov galaxií," uviedol Bulbul. „Po tom, čo som strávil rok redukovaním, starostlivým skúmaním a skladaním rôntgenových pozorovaní XMM-Newton 73 klastrov galaxií, som si všimol neočakávanú emisnú linku pri asi 3,56 kiloelectron voltoch (keV), špecifickú energiu v röntgenovom rozsahu. "
Teoreticky sa sterilné neutrino rozpadá na aktívne neutrín emitovaním rôntgenového fotónu v rozsahu keV, ktorý sa dá zistiť pomocou rôntgenovej spektroskopie. Bulbul uviedla, že výsledky jej tímu sú v súlade s teoretickými očakávaniami a hornými limitmi, ktoré stanovili predchádzajúce röntgenové vyhľadávanie.
Bulbul a jej kolegovia pracovali rok, aby potvrdili existenciu tejto línie v rôznych čiastkových vzorkách, ale hovoria, že stále majú čo robiť, aby potvrdili, že skutočne zistili sterilné neutrína.
„Naším ďalším krokom je skombinovať údaje z misie Chandra a misie Suzaku spoločnosti JAXA pre veľké množstvo klastrov galaxií, aby sme zistili, či nájdeme rovnaký rôntgenový signál,“ uviedol spoluautor Adam Foster, tiež CfA. „Existuje veľa nápadov o tom, čo tieto údaje môžu predstavovať. Možno nebudeme vedieť s istotou, kým sa Astro-H nespustí, s novým typom röntgenového detektora, ktorý bude schopný zmerať vedenie s presnosťou, ako je v súčasnosti možné. “
Astro-H je ďalšia japonská misia naplánovaná na spustenie v roku 2015 pomocou nástroja s vysokým rozlíšením, ktorý by mal byť schopný vidieť v detailoch lepšie detaily, a Bulbul uviedol, že dúfa, že dokáže „jednoznačne odlíšiť astrofyzikálnu líniu od signálu temnej hmoty. a povedzte nám, čo táto nová röntgenová emisia skutočne je. “
Pretože emisná linka je slabá, táto detekcia tlačí schopnosti Chandra a XMM Newton z hľadiska citlivosti. Tím tiež tvrdí, že môžu existovať aj iné vysvetlenia ako sterilné neutrína, ak sa táto röntgenová emisná línia považuje za skutočnú. Existujú spôsoby, ako by normálna hmota v zoskupení mohla vytvoriť líniu, hoci analýza tímu naznačila, že všetky z nich by zahŕňali nepravdepodobné zmeny v našom chápaní fyzikálnych podmienok v zoskupení galaxií alebo podrobnostiach atómovej fyziky extrémne horúcich plynov.
Autori tiež poznamenávajú, že aj keď je sterilná neutrínová interpretácia správna, ich detekcia nevyhnutne neznamená, že všetka temná hmota je zložená z týchto častíc.
V tlačovej správe spoločnosti Chandra sa podelil o zaujímavý zákulisný pohľad na to, ako sa veda delí o vedu:
Z dôvodu tantalizujúceho potenciálu týchto výsledkov autori po predložení do Astrofyzikálneho denníka zaslali kópiu príspevku do verejne prístupnej databázy arXiv. Toto fórum umožňuje vedcom preskúmať dokument pred jeho prijatím do recenzovaného časopisu. Tento dokument podnietil nával činnosti, pričom 55 nových článkov už citovalo túto prácu, väčšinou zahŕňajú teórie diskutujúce o emisnej linke ako možný dôkaz temnej hmoty. Niektoré štúdie skúmajú sterilnú neutrínovú interpretáciu, ale iné naznačujú, že mohli byť zistené rôzne typy kandidátnych častíc tmavej hmoty, ako napríklad axión.
Iba týždeň po Bulbul et al. umiestnili svoj príspevok na arXiv, inú skupinu vedenú Alexejom Boyarským z Leidenskej univerzity v Holandsku, umiestnili dokument na arXiv hlásenie dôkazu o emisnej linke s rovnakou energiou pri pozorovaní galaxie M31 a periférie XMM-Newton klastra Perseus. To posilňuje dôkaz, že emisná línia je skutočná a nie inštrumentálny artefakt.
Ďalšie čítanie:
Paper od Bulbul et al.
Tlačová správa spoločnosti Chandra
Tlačová správa ESA
Chandra blog
