האם אות רנטגן מוזר שמגיע מאשכול הגלקסיה של פרסאוס יכול להיות רמז לחומר האפל החמקמק ביקום שלנו?
בעזרת נתונים ארכיוניים ממצפה הרנטגן של צ'נדרה ומשימת XMM-Newton, אסטרונומים מצאו קו פליטת רנטגן לא מזוהה, או ספיקת עוצמה באורך גל מסוים של אור הרנטגן. ספייק זה נמצא גם ב 73 אשכולות גלקסיות אחרות בנתוני XMM-ניוטון.
המדענים מציעים כי אפשרות מסקרנת אחת היא כי קרני הרנטגן מיוצרות על ידי ריקבון של נייטרינים סטריליים, סוג נייטרינו היפותטי שהוצע כמועמד למען חומר אפל וצפויים ליצור אינטראקציה עם חומר רגיל רק דרך כוח הכבידה.
"אנו יודעים שההסבר על החומר האפל הוא קליעה ארוכה, אך התשלום יהיה עצום אם אנו צודקים," אמרה עזרא בולבול מהמרכז לאסטרופיסיקה הרווארד-סמיתסוניאן בקמברידג ', מסצ'וסטס, שהובילה את לימוד. "אז נמשיך לבחון את הפרשנות הזו ולראות לאן זה לוקח אותנו."
אסטרונומים מעריכים כי בערך 85 אחוז מכל החומר ביקום הוא חומר אפל, בלתי נראה אפילו לטלסקופים החזקים ביותר, אך ניתן להבחין במשיכה הכבידה שלו.
צבירי גלקסיות הם מקומות טובים לחפש בהם חומר אפל. הם מכילים מאות גלקסיות כמו גם כמות אדירה של גז חם שממלא את החלל ביניהם. אולם מדידות של ההשפעה הכבדית של אשכולות הגלקסיה מראות כי הגלקסיות והגז מהווים רק כחמישית מהמסה הכוללת. השאר נחשב כחומר אפל.
בולבול הסבירה בפוסט בבלוג צ'נדרה כי היא רצתה לנסות לצוד אחר חומר אפל על ידי "לערום" (תצפיות שכבות זו על גבי זו) מספרים גדולים של תצפיות על אשכולות גלקסיות כדי לשפר את הרגישות של הנתונים המגיעים מצ'נדרה ו- XMM- ניוטון.
"היתרון הגדול של הערמת תצפיות הוא לא רק יחס אות לרעש מוגבר (כלומר, כמות האות השימושית בהשוואה לרעש רקע), אלא גם ההשפעות המופחתות של גלאי ותכונות רקע", כתב בולבול. "פליטת רקע רנטגן ורעש אינסטרומנטלי הם המכשולים העיקריים בניתוח עצמים קלושים, כמו אשכולות גלקסיות."
המטרה העיקרית שלה בשימוש בטכניקת הערימה הייתה לחדד את הגבולות העליונים הקודמים לתכונות של חלקיקי חומר כהה ואולי אפילו למצוא קו פליטה חלש ממתכות שלא זוהו בעבר.
"בול הפליטה החלשים הללו ממתכות מקורם במעברים אטומיים ידועים המתרחשים באטמוספרות החמות של אשכולות הגלקסיה", אמר בולבול. "אחרי שביליתי שנה בהפחתת, בחינה בקפידה וערימה של תצפיות רנטגן XMM-Newton על 73 אשכולות גלקסיות, הבחנתי בקו פליטה בלתי צפוי בערך 3.56 וולט-וולט (KEV), אנרגיה ספציפית בתחום הרנטגן. "
בתיאוריה, נייטרינו סטרילי מתפרק לניוטרינו פעיל על ידי פליטת פוטון רנטגן בטווח ה- keV, אותו ניתן לגלות באמצעות ספקטרוסקופיית רנטגן. בולבול אמר כי תוצאות הצוות שלה תואמות את הציפיות התיאורטיות והמגבלות העליונות שהוצבו על ידי חיפושים רנטגן קודמים.
בולבול ועמיתיה עבדו במשך שנה בכדי לאשר את קיומו של התור במדדי משנה שונים, אך הם אומרים שיש להם עדיין עבודה רבה כדי לאשר שהם גילו באמת נייטרינים סטריליים.
"הצעד הבא שלנו הוא לשלב נתונים ממשימת סנדראקו של צ'נדרה ו- JAXA למספר גדול של אשכולות גלקסיות כדי לראות אם נמצא את אותו אות רנטגן", אמר המחבר המשותף אדם פוסטר, אף הוא מ- CfA. "יש המון רעיונות על מה הנתונים האלה יכולים לייצג. אנו עשויים שלא לדעת בוודאות עד להשקת אסטרו-H, עם גלאי רנטגן מסוג חדש אשר יוכל למדוד את הקו ברמת דיוק רבה יותר מכפי שאפשר כיום. "
Astro-H היא משימה יפנית נוספת שצפויה לצאת לדרך בשנת 2015 עם מכשיר ברזולוציה גבוהה שאמור להיות מסוגל לראות פירוט טוב יותר בספקטרום, ובולבול אמרו כי הם מקווים שיוכלו "להבחין באופן חד משמעי בין קו אסטרופיזי לאות של חומר אפל. ותגיד לנו מה באמת פליטת הרנטגן החדשה הזו. "
מכיוון שקו הפליטה חלש, איתור זה דוחף את היכולות צ'נדרה ו- XMM ניוטון מבחינת הרגישות. בנוסף, הצוות אומר כי יתכן והסברים אחרים מלבד נייטרינים סטריליים אם קו פליטת הרנטגן הזה נחשב לאמיתי. ישנן דרכים שהחומר הרגיל באשכול יכול היה לייצר את הקו, אף על פי שהניתוח של הצוות העלה כי כל אלה היו כרוכים בשינויים לא סבירים בהבנתנו את התנאים הפיזיים באשכול הגלקסיה או בפרטי הפיזיקה האטומית של גזים חמים במיוחד.
המחברים מציינים עוד כי גם אם פרשנות הנייטרינו הסטרילית נכונה, הגילוי שלהם לא בהכרח מעיד על כך שכל החומר האפל מורכב מחלקיקים אלה.
הודעה לעיתונות של צ'נדרה שיתפה מבט מעניין מאחורי הקלעים על האופן בו מדע משותף ונדון בקרב מדענים:
בגלל הפוטנציאל המרתק של תוצאות אלה, לאחר שהגישו לכתב העת Astrophysical, המחברים פרסמו עותק של העיתון למסד נתונים נגיש לציבור, arXiv. פורום זה מאפשר למדענים לבחון מאמר לפני קבלתו ליומן שנבדק על ידי עמיתים. העיתון הצית סערה של פעילות, כאשר 55 מאמרים חדשים כבר ציטטו עבודה זו, וכוללים בעיקר תיאוריות שדנו בקו הפליטה כהוכחה אפשרית לחומר אפל. חלק מהעיתונים בוחנים את פרשנות הניטרינו הסטרילית, אולם אחרים מציעים כי סוגים שונים של חלקיקים של חומר אפל מועמד, כמו למשל הציר, התגלו.
רק שבוע אחרי בולבול ואח '. הציבו את העיתון שלהם על ה- arXiv, קבוצה אחרת, בהובלת אלכסיי בויארסקי מאוניברסיטת ליידן בהולנד, הניחה מאמר על ה- arXiv המדווחת עדויות לקו פליטה באותה אנרגיה בתצפיות XMM- ניוטון על הגלקסיה M31 והפאתי של אשכול פרסאוס. זה מחזק את הראיות לפיה קו הפליטה הוא אמיתי ולא חפץ אינסטרומנטלי.
לקריאה נוספת:
נייר מאת בולבול ואח '.
הודעה לעיתונות של צ'נדרה
הודעה לעיתונות של ESA
בלוג צ'נדרה
