Mystisk mörk materia är inte synlig genom teleskop inom något område. Det manifesterar sig bara som en gravitationseffekt på vanlig materia. Denna sorgliga sanning verkar behöva omprövas. Till glädje för forskare.
I ett avlägset kluster av galaxer absorberar något och återutsänder röntgen av en viss energi. Och det här kan inte vara ett vanligt ämne. Denna slutsats görs i en studie publicerad av en forskargrupp ledd av Joseph P. Conlon från University of Oxford. Verket finns tillgängligt på arXiv.org preprint-webbplatsen.
Enligt pressmeddelandet från forskningen började denna detektivhistoria 2014. Då upptäckte ett vetenskapligt team under ledning av Ezra Bulbul (Esra Bulbul) från Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics i Cambridge ett konstigt fenomen. Röntgenemissionen från galaxgruppen känd som Perseus-klustret visade en spektralemissionslinje med en energi på 3,5 keV. Resultatet erhölls med hjälp av XMM-Newtons och Chandra-teleskopens instrument. Samma linje hittades i strålningen från 73 andra galaxkluster som registrerats av XMM-Newton-teleskopet.
Bara en vecka efter publiceringen av detta resultat rapporterade en annan grupp ledd av Alexey Boyarsky från Leiden University i Nederländerna att de observerade samma linje i utsläppet av galaxen M31 och utkanten av Perseus-klustret på samma XMM-Newton-instrument.
Ingen känd astrofysisk process leder till bildandet av en sådan linje. Därför har astronomer föreslagit att de hanterar strålningen av mystisk mörk materia.
Många astronomer har försökt att replikera dessa observationer, men den mystiska linjen hittades och då inte. Detta ledde skeptiker till att spekulera i att forskarna upplevde ett fel i instrumentets funktion eller i databehandlingen.
År 2016 kunde Japans nya teleskop Hitomi, speciellt utformat för att observera röntgenspektrallinjer, inte upptäcka 3,5 keV-linjen i strålningen från Perseus-klustret. Det verkade som att frågan äntligen stängdes. Men det var bara en annan plot twist.
Conlons team märkte att Hitomis bilder var mycket mindre skarpa än Chandras. Därför blandades signalen från två källor i bilden av Perseus-klustret: strålning från het gas som ligger runt en massiv galax i mitten av klustret och ljus som strömmar ut från ett supermassivt svart hål i mitten av själva galaxen.
Kampanjvideo:
Tydligare bilder av Chandra gör det möjligt att urskilja bidraget från dessa källor. Genom att utnyttja detta kunde författarna separat analysera bidraget från det svarta hålet och den heta gasens strålning.
Med sina händer de tidiga observationerna av "Chandra" gjorda 2009 upptäckte de en överraskande sak: en spektral linje på 3,5 keV observerades, men i "röntgenstrålar" som emitterades av gasen var det en strålningslinje och i strålningen av ett svart hål - en linje absorption! Som det visade sig blandade Hitomi-teleskopet bidraget från två källor, vilket ledde till att linjerna kompenserade varandra och därför inte observerades. Forskarna verifierade detta genom att utföra lämpliga beräkningar.
Men hur är det så att astronomer, "direkt i ögonen" på ett svart hål, upptäcker kvantabsorptionen med en energi på 3,5 keV och observerar en gas tillräckligt långt från den, fångar upp strålning i form av dessa kvanta?
Detta fenomen har länge varit känt för specialister som arbetar med optiska teleskop. Föreställ dig en stjärna som är skyddad från oss av ett gasmoln. Gas absorberar kvantiteter av en viss energi och strålar omedelbart ut dem. Men denna strålning sker i alla riktningar: tillbaka till stjärnan, vinkelrät mot "stjärnobservatörslinjen" (synlinjen, som experter säger), och så vidare. Därför, när vi tittar direkt på stjärnan, hittar vi en absorptionslinje, eftersom en del av kvantiteterna som stjärna släpper ut med denna energi inte når oss.
Nu vänder vi oss stolt från stjärnan och vänder blicken mot den del av molnet, som ligger "åt sidan". Dessa gasatomer absorberar också stjärnans strålning och återutsänder den också. Men den här gången ser vi inte själva stjärnans ljus, den sprids i stor vinkel mot siktlinjen. Men vi ser den delen av det absorberade ljuset som gasen kommer att avge i vår riktning (trots allt avger det ljus i alla riktningar jämnt). Därför, när vi tittar på dessa "sidoregioner" av gasen kommer vi att se en strålningslinje!
Allt verkar vara underbart. Och närheten till ett supermassivt svart hål avger faktiskt kvantiteter med en energi på 3,5 keV, liksom kvantiteter av många andra energier från ett brett spektrum. Men för att återge den beskrivna bilden måste vi anta att det i molnet med het gas runt galaxen finns något som absorberar kvantiteter av just denna energi och sedan strålar ut dem igen. Och som nämnts ovan kan vanligt ämne helt enkelt inte göra det!
Så det är fortfarande mörk materia? Conlon och hans kollegor tycker det. De utvecklade till och med sin egen modell av detta mystiska ämne som återger detta beteende. Författarna har dock ännu inte diskonterat felalternativet. Efterföljande studier bör äntligen klargöra frågan.
