Ar putea un semnal ciudat de raze X, provenit din clusterul galaxiei Perseus, să fie un indiciu al materiei întunecate evazive din Universul nostru?
Folosind date de arhivare de la Observatorul de raze X Chandra și misiunea XMM-Newton, astronomii au găsit o linie de emisie de raze X neidentificate sau un vârf de intensitate la o lungime de undă foarte specifică a luminii cu raze X. Acest vârf a fost găsit și în alte 73 de grupuri de galaxii în datele XMM-Newton.
Oamenii de știință propun că o posibilitate intrigantă este aceea că razele X sunt produse de descompunerea neutrinilor sterili, un tip ipotetic de neutrino care a fost propus ca candidat pentru materia întunecată și se anticipează să interacționeze cu materia normală doar prin gravitație.
„Știm că explicația materiei întunecate este o lovitură lungă, dar plata ar fi uriașă dacă avem dreptate”, a spus Esra Bulbul, de la Centrul pentru Astrofizică Harvard-Smithsonian (CfA) din Cambridge, Massachusetts, care a condus studiu. „Vom continua să testăm această interpretare și vom vedea unde ne duce”.
Astronomii estimează că aproximativ 85 la sută din toată materia din Univers este materie întunecată, invizibilă chiar și celor mai puternice telescoape, dar detectabilă prin atragerea gravitațională.
Clusterele Galaxy sunt locuri bune pentru a căuta materie întunecată. Acestea conțin sute de galaxii, precum și o cantitate imensă de gaz fierbinte care umple spațiul dintre ele. Însă măsurătorile influenței gravitaționale a grupurilor de galaxii arată că galaxiile și gazele nu constituie decât aproximativ o cincime din masa totală. Restul se crede că este o materie întunecată.
Bulbul a explicat într-o postare pe blogul Chandra că dorește să încerce vânătoarea de materii întunecate prin „stivuire” (observații stratificate una peste alta) un număr mare de observații asupra grupurilor de galaxii pentru a îmbunătăți sensibilitatea datelor provenite de la Chandra și XMM- Newton.
„Marele avantaj al stivuirii observațiilor este nu numai un raport semnal-zgomot crescut (adică cantitatea de semnal util comparativ cu zgomotul de fundal), ci și efectele diminuate ale detectorului și ale funcțiilor de fundal”, a scris Bulbul. „Emisia de fundal cu raze X și zgomotul instrumental sunt principalele obstacole în analiza obiectelor slabe, cum ar fi grupurile de galaxii.”
Obiectivul ei principal în utilizarea tehnicii de stivuire a fost de a rafina limitele anterioare superioare asupra proprietăților particulelor de materie întunecată și poate chiar de a găsi o linie slabă de emisie din metale anterior nedetectate.
„Aceste linii slabe de emisie din metale provin din tranzițiile atomice cunoscute care au loc în atmosfera caldă a grupurilor de galaxii”, a spus Bulbul. „După ce am petrecut un an reducând, examinând cu atenție și stivuind observațiile cu raze X XMM-Newton a 73 de grupuri de galaxii, am observat o linie de emisie neașteptată la aproximativ 3,56 kiloelectron volți (keV), o energie specifică în raza X. “
În teorie, un neutrino steril se dezactivează într-un neutrin activ prin emiterea unui foton cu raze X în gama keV, care poate fi detectată prin spectroscopie cu raze X. Bulbul a spus că rezultatele echipei sale sunt în concordanță cu așteptările teoretice și cu limitele superioare plasate de căutările de raze X anterioare.
Bulbul și colegii ei au lucrat timp de un an pentru a confirma existența liniei în diferite sub-probe, dar spun că mai au mult de lucru pentru a confirma că au detectat de fapt neutrini sterili.
"Următorul nostru pas este să combinăm datele din Chandra și misiunea Suzaku a JAXA pentru un număr mare de grupuri de galaxii pentru a vedea dacă găsim același semnal cu raze X", a declarat co-autorul Adam Foster, tot de la CfA. „Există multe idei acolo despre ceea ce ar putea reprezenta aceste date. Este posibil să nu știm sigur până la lansarea Astro-H, cu un nou tip de detector de raze X care va putea măsura linia cu mai multă precizie decât este posibil în prezent. "
Astro-H este o altă misiune japoneză programată să fie lansată în 2015 cu un instrument de înaltă rezoluție, care ar trebui să poată vedea mai bine detalii în spectre, iar Bulbul a spus că speră să poată „distinge fără echivoc o linie astrofizică de un semnal de materie întunecată. și spune-ne care este cu adevărat această nouă emisie de raze X. "
Deoarece linia de emisie este slabă, această detecție împinge capabilitățile Chandra și XMM Newton în ceea ce privește sensibilitatea. De asemenea, echipa spune că ar putea exista și alte explicații decât neutrinoii sterili dacă această linie de emisie a razelor X este considerată reală. Există modalități prin care materia normală în cluster ar fi putut produce linia, deși analiza echipei a sugerat că toate acestea ar implica schimbări improbabile pentru înțelegerea condițiilor noastre fizice din clusterul galaxiei sau detaliile fizicii atomice a gazelor extrem de fierbinți.
Autorii remarcă de asemenea că, chiar dacă interpretarea neutrino sterilă este corectă, detectarea lor nu implică neapărat că toată materia întunecată este compusă din aceste particule.
Comunicatul de presă Chandra a împărtășit o analiză interesantă din spatele scenei despre modul în care știința este împărtășită și discutată între oamenii de știință:
Din cauza potențialului tentant al acestor rezultate, după ce au trimis în The Astrophysical Journal, autorii au postat o copie a lucrării într-o bază de date accesibilă publicului, arXiv. Acest forum permite oamenilor de știință să examineze o lucrare înainte de a fi acceptată într-un jurnal revizuit de la egal la egal. Lucrarea a dat naștere unei activități, 55 de lucrări noi citând deja această lucrare, implicând în mare parte teorii care discutau linia de emisie ca probe posibile pentru materia întunecată. Unele dintre lucrări explorează interpretarea neutrino sterilă, dar altele sugerează diferite tipuri de particule de materie întunecată candidate, cum ar fi axionul, ar fi putut fi detectate.
La numai o săptămână după Bulbul și colab. și-au așezat hârtia pe arXiv, un grup diferit, condus de Alexey Boyarsky de la Universitatea Leiden din Olanda, au plasat o hârtie pe arXiv care raportează dovezi pentru o linie de emisie la aceeași energie în observațiile XMM-Newton ale galaxiei M31 și la periferia a clusterului Perseus. Acest lucru consolidează dovezile că linia de emisie este reală și nu un artefact instrumental.
Citire ulterioară:
Hârtie de Bulbul și colab.
Comunicat de presă Chandra
Comunicat de presă ESA
Blogul Chandra
