Астрономы заинтригованы таинственным сигналом рентгеновского излучения

При анализе наблюдений космическими обсерваториями XMM-Newton и Chandra галактического скопления Персея учёные обнаружили спектральную линию рентгеновского излучения, позволяющую предположить, что это излучение производится при распаде нейтрино, из которых, возможно, состоит тёмная материя.

Таинственный рентгеновский сигнал был обнаружен при детальном изучении скопления галактик при помощи рентгеновской орбитальной обсерватории НАСА Chandra и космического телескопа ЕКА XMM-Newton. Одна из интригующих вероятностей состоит в том, что рентгеновские лучи испускаются при распаде стерильных нейтрино, типа элементарных частиц, который был предложен в качестве кандидата в составляющие тёмной материи.

Имея огромный потенциал, эти результаты должны быть подтверждены дополнительными данными, чтобы исключить другие объяснения и определить, есть ли вероятность наблюдения в данном случае именно тёмной материи.

Астрономы полагают, что тёмная материя составляет 85% материи во Вселенной, но не испускает и не поглощает свет, как "нормальное" вещество, состоящее из протонов, нейтронов и электронов, которые составляют известные химические элементы, наблюдаемые в планетах, звёздах и галактиках. Поэтому при поисках местонахождения тёмной материи учёные вынуждены использовать косвенные методы.

Последние результаты наблюдений Chandra и XMM-Newton состоят из нераспознанных линий рентгеновского спектра, то есть наблюдается всплеск интенсивности при определённой длине волны рентгеновского света. Астрономами обнаружена та же спектральная линия излучения в галактическом скоплении Персея, также с использованием обсерваторий Chandra и XMM-Newton. Кроме того, они обнаружили данную линию спектра при объединённом исследовании 73 других скоплений галактик с помощью XMM-Newton.

"Мы знаем, что объяснение сигнала присутствием тёмной материи – это большой риск, но впоследствии всё это окупится сторицей, если мы окажемся правы, – говорит Эзра Булбул из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (CfA) в Кембридже, Массачусетс, возглавлявший исследование. – Таким образом, мы собираемся продолжить проверку этой интерпретации, чтобы понять, насколько она верна".


Авторы предполагают, что данная линия излучения может быть показателем распада стерильных нейтрино. Это гипотетический тип нейтрино, которые предположительно взаимодействуют с обычной материей только посредством гравитации. По мнению некоторых учёных, стерильные нейтрино могут хотя бы частично объяснить существование тёмной материи.

"Нам предстоит проделать большую работу, прежде чем мы сможем с какой-либо уверенностью утверждать, что мы нашли стерильные нейтрино, – сказал Максим Маркевич, соавтор работы из Центра космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, Мэриленд. – Но мы очень взволнованы от одной возможности их обнаружения".

Одним из источников неопределённости является то, что обнаружение спектральной линии данного излучения напрямую зависит от возможностей двух используемых обсерваторий в плане чувствительности. Кроме того, если эта линия рентгеновского спектра реальна, то помимо стерильных нейтрино, могут быть и другие объяснения. Существуют способы, которыми эта спектральная линия может быть произведена в галактическом скоплении обычной материей, хотя проведённый командой учёных анализ показал, что всё это вряд ли повлияет на наше понимание физических условий в галактических скоплениях или данных по атомной физике чрезвычайно горячих газов.

Авторы отмечают, что даже если интерпретация спектральной линии в пользу стерильных нейтрино окажется верной, их обнаружение не обязательно подразумевает, что вся тёмная материя состоит из этих частиц.

"Нашим следующим шагом будет объединение данных от Chandra и миссии JAXA Suzaku для большого количества скоплений галактик, чтобы проверить, обнаружим ли мы тот же самый рентгеновский сигнал, – объяснил соавтор Адам Фостер из CfA. – Есть много идей относительно того, что именно могут представлять эти данные. Мы не можем узнать это наверняка до запуска астрономических спутников, оснащённых детекторами рентгеновского излучения нового типа, которые будут способны фиксировать спектральные линии с более высокой точностью, чем это возможно сейчас".

Из-за возбуждающего умы потенциала этих результатов, после представления их в The Astrophysical Journal авторы разместили копию статьи в общедоступной базе данных arXiv. Этот форум позволяет учёным ознакомиться с работой до её публикации в рецензируемом журнале. Статья вызвала бурный интерес, и уже 55 новых работ ссылаются на эти исследования, в основном работы теоретические, с обсуждением спектральной линии излучения в качестве возможного доказательства существования тёмной материи. В некоторых работах исследуется интерпретация стерильных нейтрино, а другие предполагают, что были обнаружены различные типы частиц-кандидатов в составляющие тёмной материи, например, аксионы.

Спустя лишь неделю после того, как Булбул и команда разместили статью на arXiv, другая группа во главе с Алексеем Боярским из Лейденского университета в Нидерландах разместила на arXiv сообщение об обнаружении спектральной линии излучения той же энергии в результатах наблюдений XMM-Newton галактики M31 и окраин галактического скопления Персея. Это подтверждает доказательства того, что спектральная линия реальна, а не является погрешностью приборов.

Статья с описанием последних наблюдений Chandra и XMM-Newton появится в июне 2014 года в 20-м выпуске The Astrophysical Journal.

ЗХЖ