Чи може дивний рентгенівський сигнал, що надходить з кластеру галактики Персей, натяком на невловиму темну речовину у нашому Всесвіті?
Використовуючи архівні дані з рентгенологічної обсерваторії Чандра та місії XMM-Ньютона, астрономи виявили невстановлену лінію випромінювання рентгенівських променів або сплеск інтенсивності при дуже конкретній довжині хвилі рентгенівського світла. Цей сплеск був також знайдений у 73 інших кластерах галактик у даних XMM-Newton.
Вчені припускають, що одна з цікавих можливостей полягає в тому, що рентгенівські промені виробляються розпадом стерильних нейтрино, гіпотетичного типу нейтрино, який був запропонований кандидатом у темну речовину і, як передбачається, взаємодіє з нормальною речовиною лише гравітацією.
"Ми знаємо, що пояснення темної матерії - це довгий удар, але окупність була б величезною, якщо ми маємо рацію", - сказала Есра Булбул з Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики (CfA) у Кембриджі, штат Массачусетс, який керував. дослідження. "Тож ми продовжуємо тестувати цю інтерпретацію і бачити, куди вона нас веде".
Астрономи оцінюють, що приблизно 85 відсотків усієї речовини у Всесвіті - це темна матерія, невидима навіть для найпотужніших телескопів, але її можна виявити завдяки її гравітаційному тягу.
Скупчення галактик - хороші місця для пошуку темної матерії. Вони містять сотні галактик, а також величезну кількість гарячого газу, що заповнює простір між ними. Але вимірювання гравітаційного впливу скупчень галактик показують, що галактики і газ становлять лише приблизно п’яті частини загальної маси. Решта вважається темною матерією.
У публікації в блозі Чандра Булбул пояснила, що хотіла спробувати полювати на темну речовину, "укладаючи" (шарові спостереження один на одного) велику кількість спостережень за кластерами галактик, щоб поліпшити чутливість даних, що надходять від Чандри та XMM- Ньютон.
"Великою перевагою складання спостережень є не тільки підвищене співвідношення сигнал / шум (тобто кількість корисного сигналу в порівнянні з фоновим шумом), але і зменшення ефектів детекторних і фонових особливостей", - написав Бульбул. "Рентгенівські фонові випромінювання та інструментальний шум є головними перешкодами при аналізі слабких об'єктів, таких як кластери галактики".
Її основна мета у використанні техніки укладання полягала в тому, щоб уточнити попередні верхні межі властивостей частинок темної речовини і, можливо, навіть знайти слабку лінію викидів від раніше не виявлених металів.
"Ці слабкі емісійні лінії від металів походять від відомих атомних переходів, що відбуваються в гарячих атмосферах галактичних скупчень", - сказав Бульбул. «Провівши рік, зменшуючи, ретельно вивчаючи та складаючи рентгенівські спостереження XMM-Ньютона 73 кластерів галактики, я помітив несподівану лінію випромінювання приблизно в 3,56 кілоелектронних вольт (кеВ), специфічну енергію в діапазоні рентгенівських променів. "
Теоретично стерильне нейтрино розпадається на активне нейтрино шляхом випромінювання рентгенівського фотона в діапазоні кеВ, який можна виявити за допомогою рентгенівської спектроскопії. Бульбул зазначила, що результати її команди відповідають теоретичним очікуванням та верхнім межам попередніх рентгенівських пошуків.
Бульбул та її колеги працювали протягом року, щоб підтвердити існування лінії в різних підпробах, але вони кажуть, що їм ще належить зробити багато роботи, щоб підтвердити, що вони насправді виявили стерильні нейтрино.
"Наступний наш крок - об'єднати дані Чандри та місії JAXA Suzaku для великої кількості галактичних кластерів, щоб побачити, чи знайдемо ми той самий рентгенівський сигнал", - сказав співавтор Адам Фостер, також CfA. «Є багато ідей щодо того, що ці дані можуть представляти. Ми можемо не знати напевно, поки Astro-H не запустить новий тип рентгенівського детектора, який зможе виміряти лінію з більшою точністю, ніж це можливо. "
Astro-H - ще одна японська місія, яку планується запустити в 2015 році з інструментом високої роздільної здатності, який повинен мати змогу побачити більш детальну інформацію в спектрах, і Бульбул заявив, що сподівається, що зможе "однозначно відрізнити астрофізичну лінію від сигналу темної речовини" і скажіть нам, чим справді є ця нова рентгенівська емісія ».
Оскільки лінія викидів є слабкою, це виявлення підштовхує можливості Chandra та XMM Newton в сенсі чутливості. Також команда стверджує, що можуть бути пояснення, крім стерильних нейтрино, якщо ця лінія випромінювання рентгенівських променів вважається реальною. Існують способи, по яких нормальна речовина в кластері могла створити лінію, хоча аналіз команди припускав, що все це призведе до малоймовірних змін у нашому розумінні фізичних умов кластера галактики або деталей атомної фізики надзвичайно гарячих газів.
Автори також зазначають, що навіть якщо трактування стерильного нейтрино є правильним, їх виявлення не означає, що вся темна речовина складається з цих частинок.
Прес-реліз Чандри поділився цікавим кулуарним поглядом на те, як поділяється наука та обговорюється між науковцями:
Через потенційний потенціал цих результатів після подання до журналу «Астрофізичний журнал» автори розмістили копію статті у загальнодоступній базі даних arXiv. Цей форум дозволяє вченим вивчити статтю до її прийняття до рецензованого журналу. Документ запалив шквал активності, 55 нових робіт вже цитували цю роботу, в основному включаючи теорії, які обговорювали лінію викидів як можливі докази темної речовини. Деякі статті досліджують стерильну нейтринну інтерпретацію, але інші припускають, що були виявлені різні типи кандидатських частинок темної речовини, наприклад, аксіон.
Лише через тиждень після Bulbul та ін. розмістили свої документи на arXiv, інша група на чолі з Олексієм Боярським з Лейденського університету в Нідерландах розмістила документ про архівні звітні свідчення про лінію викидів з тією ж енергією в спостереженнях XMM-Ньютона за галактикою М31 та околицях кластера Персей. Це посилює докази того, що лінія викидів є реальною, а не інструментальною артефактом.
Подальше читання:
Доповідь Bulbul et al.
Прес-реліз Чандри
Прес-реліз ESA
Блог Чандра
