Kas Perseuse galaktika klastrist tulev kummaline röntgenisignaal võib olla vihje meie Universumi tabamatule tumeainele?
Kasutades Chandra röntgenikiirguse vaatluskeskuse ja XMM-Newtoni missiooni arhiiviandmeid, leidsid astronoomid tuvastamata röntgenkiirguse emissiooniliini või intensiivsuse tiiru röntgenvalguse väga spetsiifilisel lainepikkusel. See teravik leiti ka 73 teisest galaktikaparvest XMM-Newtoni andmetes.
Teadlased väidavad, et üks intrigeeriv võimalus on see, et röntgenikiirgus saadakse steriilsete neutriinode - hüpoteetilise neutriino tüübi - lagunemise tagajärjel, mis on välja pakutud tumeda aine kandidaadiks ja mille eeldatavasti suhelda normaalse ainega ainult gravitatsiooni kaudu.
"Me teame, et tumeda aine seletus on kaugeleulatuv, kuid kui meil on õigus, oleks tasuvus tohutu," ütles Esra Bulbul Massachusettsi osariigis Cambridge'is asuvast Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskusest (CfA), kes juhtis Uuring. "Nii et me jätkame selle tõlgenduse testimist ja vaatame, kuhu see meid viib."
Astronoomide hinnangul moodustab umbes 85 protsenti kogu Universumi ainest tumeaine, mis pole isegi kõige võimsamatele teleskoopidele nähtav, kuid on selle gravitatsioonilise tõmbe abil tuvastatav.
Galaktikaparved on head kohad tumeda aine otsimiseks. Need sisaldavad sadu galaktikaid ja tohutul hulgal kuuma gaasi, mis täidab nende vahelise ruumi. Kuid galaktikaparvede gravitatsioonilise mõju mõõtmised näitavad, et galaktikad ja gaas moodustavad ainult umbes viiendiku kogu massist. Ülejäänud osa arvatakse olevat tume aine.
Bulbul selgitas Chandra ajaveebi postituses, et soovib proovida jahtida tumedat ainet "virnastades" (üksteise peale laotamisega vaatlused) suure hulga galaktikaparvede vaatlustega, et parandada Chandrast ja XMM-ist pärinevate andmete tundlikkust - Newton.
"Vaatluste virnastamise suureks eeliseks pole mitte ainult suurenenud signaali-müra suhe (see tähendab kasuliku signaali hulk võrreldes taustmüraga), vaid ka detektori ja taustfunktsioonide vähenenud efektid," kirjutas Bulbul. "Röntgenkiirguse kiirgusemissioon ja instrumentaalne müra on peamised takistused nõrkade objektide, näiteks galaktikaparvede analüüsimisel."
Tema peamine eesmärk virnastamismeetodi kasutamisel oli täpsustada tumeda aine osakeste omaduste varasemaid ülemisi piire ja võib-olla isegi leida nõrga emissiooni joon varem avastamata metallidest.
"Need metallide nõrgad emissiooniliinid pärinevad teadaolevatest aatomimuutustest, mis toimuvad galaktikaparvede kuumas keskkonnas," ütles Bulbul. “Olles veetnud aasta 73 galaktikaklastri XMM-Newtoni röntgenvaatluste vähendamisel, hoolikalt uurimisel ja virnastamisel, märkasin umbes 3,56 kiloelektronvolti (keV) juures ootamatut emissioonijoont - spetsiifilist energiat röntgenikiirguse vahemikus. ”
Teoreetiliselt laguneb steriilne neutriino aktiivseks neutriinoks, eraldades keV-vahemikus röntgenfotooni, mida saab röntgenspektroskoopia abil tuvastada. Bulbul ütles, et tema meeskonna tulemused vastavad teoreetilistele ootustele ja varasemate röntgenograafiaotsingute ülempiiridele.
Bulbul ja tema kolleegid töötasid aasta aega, et kinnitada rea olemasolu erinevates alamproovides, kuid nende sõnul on neil veel palju tööd teha, et kinnitada, et nad on tegelikult steriilsed neutriinod tuvastanud.
"Meie järgmine samm on ühendada Chandra ja JAXA Suzaku missiooni andmed suure hulga galaktikaparvede jaoks, et näha, kas leiame sama röntgenisignaali," ütles CfA kaasautor Adam Foster. „Seal on palju ideid selle kohta, mida need andmed võiksid kujutada. Me ei pruugi kindlalt teada enne, kui Astro-H lansseerub, uut tüüpi röntgendetektoriga, mis suudab mõõta joont praegu täpsemini. ”
Astro-H on veel üks Jaapani missioon, mis plaanitakse käivitada 2015. aastal suure eraldusvõimega instrumendiga, mis peaks olema võimeline nägema spektrites paremaid detaile. Bulbul ütles, et nad loodavad, et suudavad suuta astrofüüsikalist joont üheselt eristada tumeda aine signaalist. ja rääkige meile, mis see uus röntgenkiirgus tegelikult on. ”
Kuna emissiooniliin on nõrk, tõukab see tuvastus tundlikkuse osas Chandra ja XMM Newtoni võimeid. Kui see röntgenkiirguse reaalväärtus loetakse, võib rühm öelda, et lisaks steriilsetele neutriinodele võib olla ka muid seletusi. On viise, kuidas klastri normaalne aine oleks võinud joone tekitada, ehkki meeskonna analüüs näitas, et kõik need tähendavad ebatõenäolisi muutusi meie arusaamises galaktikaparve füüsilistest tingimustest või eriti kuumade gaaside aatomifüüsika üksikasjadest.
Autorid märgivad ka, et isegi kui steriilne neutriino tõlgendus on õige, ei tähenda nende tuvastamine tingimata, et kogu tume aine koosneb neist osakestest.
Chandra pressiteates jagati huvitavat tagamaad, kuidas teadust teadlaste vahel jagatakse ja arutatakse:
Nende tulemuste hämmastava potentsiaali tõttu postitasid autorid pärast ajakirja Astrophysical Journal esitamist paberkoopia avalikult juurdepääsetavasse andmebaasi arXiv. See foorum võimaldab teadlastel uurida paberit enne selle vastuvõtmist eelretsenseeritavasse ajakirja. See paber süütas tegevuse hoogsuse ja 55 uut paberit olid seda tööd juba viidanud, hõlmates enamasti teooriaid, milles arutatakse heitejoont kui võimalikke tõendeid tumeda aine kohta. Mõnedes artiklites käsitletakse steriilset neutriinode tõlgendamist, kuid teistes soovitatakse avastada erinevat tüüpi kandidaate tumeaine osakesi, näiteks aksiooni.
Ainult nädal pärast Bulbul jt. asetas oma paberi arXivile, teine rühm eesotsas Hollandi Leideni ülikoolist Aleksei Boyarskyga pani arXivile sama energiaga heitejoone kohta tõendusmaterjali galaktika M31 ja äärealade XMM-Newtoni vaatlustes Perseuse klastrist. See kinnitab tõendusmaterjali selle kohta, et emissiooniliin on reaalne, mitte instrumentaalne ese.
Lisalugemist:
Bulbul jt artikkel.
Chandra pressiteade
ESA pressiteade
Chandra ajaveeb
