هل يمكن أن تكون إشارة الأشعة السينية الغريبة القادمة من مجموعة مجرة Perseus إشارة إلى المادة المظلمة المراوغة في كوننا؟
باستخدام بيانات أرشيفية من مرصد تشاندرا للأشعة السينية ومهمة XMM-Newton ، وجد الفلكيون خط انبعاث غير معروف للأشعة السينية ، أو ارتفاعًا حادًا في الطول الموجي المحدد للغاية لضوء الأشعة السينية. تم العثور على هذا الارتفاع أيضًا في 73 عنقود مجرات أخرى في بيانات XMM-Newton.
يقترح العلماء أن أحد الاحتمالات المثيرة للفضول هو أن يتم إنتاج الأشعة السينية عن طريق اضمحلال النيوترينو المعقم ، وهو نوع افتراضي من النيوترينو تم اقتراحه كمرشح للمادة المظلمة ومن المتوقع أن يتفاعل مع المادة الطبيعية فقط عن طريق الجاذبية.
قالت إيسرا بلبل من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) في كامبريدج ، ماساتشوستس ، التي قادت: "نحن نعلم أن تفسير المادة المظلمة لقطة طويلة ، ولكن المردود سيكون ضخمًا إذا كنا على حق". دراسة. "لذا سنواصل اختبار هذا التفسير ونرى إلى أين يأخذنا".
يقدر علماء الفلك أن ما يقرب من 85 في المائة من جميع المواد في الكون هي مادة مظلمة ، غير مرئية حتى لأقوى التلسكوبات ، ولكن يمكن اكتشافها من خلال جاذبيتها.
مجموعات المجرة هي أماكن جيدة للبحث عن المادة المظلمة. تحتوي على مئات المجرات بالإضافة إلى كمية كبيرة من الغاز الساخن تملأ الفراغ بينهما. لكن قياسات تأثير الجاذبية لمجموعات المجرات تُظهر أن المجرات والغاز يشكلان حوالي خمس الكتلة الإجمالية فقط. ويعتقد أن الباقي مادة مظلمة.
أوضحت بلبل في منشور على مدونة شاندرا أنها تريد محاولة البحث عن المادة المظلمة عن طريق "تكديس" الملاحظات (وضع طبقات فوق بعضها البعض) عدد كبير من ملاحظات مجموعات المجرات لتحسين حساسية البيانات القادمة من شاندرا و XMM- نيوتن.
وكتب بلبل: "إن الميزة الكبيرة لملاحظات التراص ليست فقط زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء (أي كمية الإشارة المفيدة مقارنة بضوضاء الخلفية) ، ولكن أيضًا التأثيرات المتناقصة للكشف عن الخصائص وميزات الخلفية". "إن انبعاث الخلفية بالأشعة السينية والضوضاء الآلية هي العوائق الرئيسية في تحليل الأجسام الباهتة ، مثل عناقيد المجرات."
كان هدفها الأساسي في استخدام تقنية التكديس هو تحسين الحدود العليا السابقة لخصائص جزيئات المادة المظلمة وربما حتى العثور على خط انبعاث ضعيف من معادن لم يتم اكتشافها سابقًا.
قال بلبل "إن خطوط الانبعاث الضعيفة هذه من المعادن تنشأ من التحولات الذرية المعروفة التي تحدث في الأجواء الحارة لمجموعات المجرات". "بعد أن أمضيت عامًا في تقليل عمليات رصد XMM- نيوتن للأشعة السينية لـ 73 عنقودًا من المجرات وفحصها وتكديسها بعناية ، لاحظت وجود خط انبعاث غير متوقع عند حوالي 3.56 كيلو فولت إلكترون (keV) ، وهي طاقة محددة في نطاق الأشعة السينية. "
من الناحية النظرية ، يتحلل النيوترينو المعقم إلى نيوترينو نشط عن طريق انبعاث الفوتون بالأشعة السينية في نطاق keV ، والذي يمكن اكتشافه من خلال مطيافية الأشعة السينية. قالت بلبل أن نتائج فريقها تتوافق مع التوقعات النظرية والحدود العليا التي وضعتها عمليات البحث السابقة بالأشعة السينية.
عملت بلبل وزملاؤها لمدة عام لتأكيد وجود الخط في عينات فرعية مختلفة ، لكنهم يقولون إنه لا يزال أمامهم الكثير للقيام به لتأكيد أنهم اكتشفوا بالفعل النيوترينوهات المعقمة.
قال آدم فوستر ، مؤلف مشارك في CfA أيضًا: "خطوتنا التالية هي دمج البيانات من Chandra و Suzaku في مهمة JAXA لعدد كبير من مجموعات المجرات لمعرفة ما إذا وجدنا نفس إشارة الأشعة السينية". "هناك الكثير من الأفكار حول ما يمكن أن تمثله هذه البيانات. قد لا نعرف على وجه اليقين حتى إطلاق Astro-H ، مع نوع جديد من كاشف الأشعة السينية الذي سيكون قادرًا على قياس الخط بدقة أكبر مما هو ممكن حاليًا. "
Astro-H هي مهمة يابانية أخرى من المقرر إطلاقها في عام 2015 بأداة عالية الدقة يجب أن تكون قادرة على رؤية تفاصيل أفضل في الأطياف ، وقال بلبل أنهم يأملون في أن يتمكنوا من "التمييز بشكل لا لبس فيه بين خط فيزيائي فلكي وإشارة المادة المظلمة وأخبرنا ما هو انبعاث الأشعة السينية الجديد هذا حقًا. "
نظرًا لأن خط الانبعاث ضعيف ، فإن هذا الكشف يدفع قدرات Chandra و XMM Newton من حيث الحساسية. أيضًا ، يقول الفريق أنه قد تكون هناك تفسيرات بخلاف النيوترينوهات المعقمة إذا كان خط انبعاث الأشعة السينية هذا حقيقيًا. هناك طرق يمكن أن تنتج بها المادة الطبيعية في المجموعة الخط ، على الرغم من أن تحليل الفريق أشار إلى أن كل هذه التغييرات قد تنطوي على تغييرات غير محتملة في فهمنا للظروف المادية في كتلة المجرة أو تفاصيل الفيزياء الذرية للغازات شديدة الحرارة.
لاحظ المؤلفون أيضًا أنه حتى لو كان تفسير النيوترينو المعقم صحيحًا ، فإن اكتشافهم لا يعني بالضرورة أن كل المادة المظلمة تتكون من هذه الجسيمات.
شارك البيان الصحفي لـ Chandra نظرة مثيرة للاهتمام من وراء الكواليس حول كيفية مشاركة العلم ومناقشته بين العلماء:
نظرًا للإمكانيات المحيرة لهذه النتائج ، بعد تقديمها إلى The Astrophysical Journal ، نشر المؤلفون نسخة من الورقة إلى قاعدة بيانات متاحة للجمهور ، arXiv. يسمح هذا المنتدى للعلماء بفحص ورقة قبل قبولها في مجلة مراجعة من قبل الأقران. أشعلت الورقة موجة من النشاط ، حيث أشارت 55 ورقة جديدة بالفعل إلى هذا العمل ، والتي تضمنت في الغالب نظريات تناقش خط الانبعاث كدليل محتمل على المادة المظلمة. تستكشف بعض الأوراق تفسير النيوترينو المعقم ، لكن البعض الآخر يشير إلى أنه قد تم اكتشاف أنواع مختلفة من جسيمات المادة المظلمة المرشحة ، مثل المحور.
بعد أسبوع فقط من Bulbul وآخرون. وضعوا أوراقهم على arXiv ، مجموعة مختلفة ، بقيادة أليكسي بويارسكي من جامعة ليدن في هولندا ، وضعت ورقة على أدلة الإبلاغ arXiv لخط انبعاث عند نفس الطاقة في ملاحظات XMM-Newton للمجرة M31 وضواحيها من مجموعة Perseus. هذا يقوي الدليل على أن خط الانبعاث حقيقي وليس قطعة أثرية مفيدة.
قراءة متعمقة:
ورقة بلبل وآخرون.
بيان صحفي شاندرا
بيان صحفي لوكالة الفضاء الأوروبية
مدونة شاندرا
