Vai dīvains rentgenstaru signāls, kas nāk no Perseus galaktiku kopas, varētu būt mājiens uz nenotveramo tumšo vielu mūsu Visumā?
Izmantojot arhīva datus no Chandra rentgenstaru observatorijas un XMM-Newton misijas, astronomi atrada neidentificētu rentgenstaru emisijas līniju vai intensitātes smaili pie ļoti specifiska rentgena gaismas viļņa garuma. Šis smaile tika atrasta arī 73 citās galaktiku kopās XMM-Ņūtona datos.
Zinātnieki ierosina, ka viena intriģējoša iespēja ir tāda, ka rentgena starus rada sterilo neitrīno - hipotētiskā neitrīno tipa - sabrukšana, kas ir ierosināts kā tumšās vielas kandidāts un kurš, domājams, mijiedarbosies ar normālu vielu tikai gravitācijas ietekmē.
"Mēs zinām, ka tumšās matērijas skaidrojums ir tāls, bet atmaksa būtu milzīga, ja mums taisnība," sacīja Esra Bulbul no Hārvarda-Smitsona astrofizikas centra (CfA) Kembridžā, Masačūsetsā, kura vadīja studēt. "Tāpēc mēs turpināsim pārbaudīt šo interpretāciju un redzēt, kur tā mūs ved."
Astronomi lēš, ka aptuveni 85 procenti no visām Visuma matērijām ir tumšā matērija, kas nav redzama pat visspēcīgākajiem teleskopiem, bet ir nosakāma pēc tās gravitācijas spēka.
Galaktiku kopas ir labas vietas tumšās matērijas meklēšanai. Tajos ir simtiem galaktiku, kā arī milzīgs daudzums karstu gāzu, kas aizpilda vietu starp tām. Bet galaktiku kopu gravitācijas ietekmes mērījumi rāda, ka galaktikas un gāze veido tikai apmēram piekto daļu no kopējās masas. Tiek uzskatīts, ka pārējais ir tumšā matērija.
Bulbuls Čandras bloga ierakstā paskaidroja, ka vēlas izmēģināt tumšās vielas medības, “sakraujot” (novērojumu slāņus viens otram virsū) lielu galaktiku kopu novērojumu skaitu, lai uzlabotu no Čandras un XMM iegūto datu jutīgumu. Ņūtons.
“Liela novērojumu kraušanas priekšrocība ir ne tikai palielināta signāla un trokšņa attiecība (tas ir, lietderīgā signāla daudzums salīdzinājumā ar fona troksni), bet arī detektoru un fona funkciju mazinātā ietekme,” rakstīja Bulbuls. "Rentgenstaru fona emisija un instrumentālais troksnis ir galvenie šķēršļi vāju objektu, piemēram, galaktiku kopu, analīzē."
Viņas galvenais mērķis, izmantojot kraušanas paņēmienu, bija precizēt iepriekšējās tumšās vielas daļiņu īpašību augšējās robežas un, iespējams, pat atrast vāju emisijas līniju no iepriekš neatklātiem metāliem.
"Šīs vājās metālu emisijas līnijas rodas no zināmajām atomu pārejām, kas notiek karstā galaktiku kopu atmosfērā," sacīja Bulbuls. “Pēc gada pavadīšanas, samazinot, uzmanīgi pārbaudot un sakraujot 73 galaktiku kopu XMM-Ņūtona rentgenstaru novērojumus, es pamanīju negaidītu emisijas līniju aptuveni 3,56 kiloelektrona voltos (keV), kas ir īpatnējā enerģija rentgenstaru diapazonā. ”
Teorētiski sterils neitrīns sadalās aktīvā neitrīnā, keV diapazonā izstarojot rentgena fotonu, ko var noteikt ar rentgena spektroskopijas palīdzību. Bulbuls sacīja, ka viņas komandas rezultāti atbilst teorētiskajām cerībām un augšējām robežām, kuras uzliek iepriekšējie rentgena meklēšanas rezultāti.
Bulbuls un viņas kolēģi gadu strādāja, lai apstiprinātu līnijas esamību dažādos apakšparaugos, taču viņi saka, ka viņiem joprojām ir daudz darāmā, lai apstiprinātu, ka viņi tiešām ir atklājuši sterilos neitrīnus.
"Nākamais mūsu solis ir apvienot datus no Chandra un JAXA Suzaku misijas lielam skaitam galaktiku kopu, lai redzētu, vai mēs atrodam to pašu rentgenstaru signālu," sacīja līdzautors Adam Foster, arī CfA. “Tur ir daudz ideju par to, ko šie dati varētu attēlot. Mēs droši vien nezinām, kamēr Astro-H nesāks darboties ar jauna veida rentgenstaru detektoriem, kas varēs izmērīt līniju ar lielāku precizitāti, nekā šobrīd iespējams. ”
Astro-H ir vēl viena Japānas misija, kuru plānots sākt 2015. gadā ar augstas izšķirtspējas instrumentu, kam jāspēj redzēt precīzākus spektrus, un Bulbuls sacīja, ka viņi cer, ka viņi spēs “viennozīmīgi atšķirt astrofizikālu līniju no tumšās vielas signāla” un pastāstiet mums, kas patiesībā ir šī jaunā rentgenstaru izstarošana. ”
Tā kā emisijas līnija ir vāja, šī noteikšana paaugstina Chandra un XMM Newton spējas jutīguma ziņā. Tāpat komanda saka, ka, iespējams, ir arī citi skaidrojumi, kas nav sterili neitrīni, ja šī rentgenstaru emisijas līnija tiek uzskatīta par reālu. Ir veidi, kā parasto matēriju klasterī varēja radīt līniju, lai gan komandas analīzē tika secināts, ka visi šie pasākumi paredz maz ticamas izmaiņas mūsu izpratnē par fizikālajiem apstākļiem galaktiku klasterī vai ārkārtīgi karsto gāzu atomu fizikas detaļām.
Autori arī atzīmē, ka pat tad, ja sterilā neitrīno interpretācija ir pareiza, to noteikšana nebūt nenozīmē, ka visu tumšo vielu veido šīs daļiņas.
Čandras paziņojumā presei bija interesants aizkulisēs aplūkots, kā zinātne tiek dalīta un apspriesta zinātnieku starpā:
Ņemot vērā šo rezultātu vilinošo potenciālu, pēc iesniegšanas The Astrophysical Journal autori ievietoja papīra kopiju publiski pieejamā datu bāzē arXiv. Šis forums ļauj zinātniekiem izpētīt rakstu pirms tā pieņemšanas recenzējamā žurnālā. Raksts aizdedzināja aktivitātes uzliesmojumu, un 55 jaunie raksti jau bija minējuši šo darbu, galvenokārt iesaistot teorijas, kurās diskutēts par emisijas līniju kā iespējamiem tumšās vielas pierādījumiem. Daži no dokumentiem pēta sterilu neitrīno interpretāciju, bet citi ierosina dažāda veida kandidātu tumšās vielas daļiņas, piemēram, aksiāciju.
Tikai nedēļu pēc Bulbul et al. ievietoja savus dokumentus arXiv, cita grupa Alekseja Boyarsky vadībā no Leidenes Universitātes Nīderlandē ievietoja papīru arXiv ziņojuma pierādījumiem par emisijas līniju ar tādu pašu enerģiju XMM-Newton novērojumos galaktikā M31 un tās nomalē. no Perseus kopas. Tas nostiprina pierādījumus tam, ka emisijas līnija ir reāla, nevis instrumentāls artefakts.
Papildu informācija:
Bulbul et al.
Čandras paziņojums presei
ESA paziņojums presei
Čandras emuārs
