Αινιγματικές ακτίνες-X δείχνουν τη σκοτεινή ύλη

το σμήνος γαλαξιών στον Περσέα © Chandra: NASA/CXC/SAO/E.Bulbul, et al.; XMM: ESA

Το γαλαξιακό σμήνος του Περσέα

Οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν τα παρατηρητήρια υψηλής ενέργειας της ESA και της NASA ανακάλυψαν ένα δελεαστικό στοιχείο που παραπέμπει σε ένα δυσδιάκριτο συστατικό του Σύμπαντος μας: τη σκοτεινή ύλη.

Αν και θεωρείτο αόρατη, δεν εκπέμπει ούτε απορροφά το φως, η σκοτεινή ύλη μπορεί να ανιχνευθεί μέσω της βαρυτικής επιρροής της στις κινήσεις και την εμφάνιση άλλων αντικειμένων στο Σύμπαν, όπως αστέρια ή γαλαξίες.

Με βάση αυτή την έμμεση απόδειξη, οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι η σκοτεινή ύλη είναι το κυρίαρχο είδος της ύλης στο Σύμπαν – όμως παραμένει ασαφές.

Σήμερα μπορεί να βρέθηκε μια ένδειξη μέσα από τη μελέτη των σμηνών των γαλαξιών, των μεγαλύτερων κοσμικών συγκεντρώσεων της ύλης που συνδέονται μεταξύ τους με τη βαρύτητα.

Τα σμήνη των γαλαξιών δεν περιέχουν μόνο εκατοντάδες γαλαξίες, αλλά και μια τεράστια ποσότητα ζεστού αερίου που γεμίζει το διάστημα μεταξύ τους.

Ωστόσο, η μέτρηση της βαρυτικής επίδρασης αυτών των συσπειρώσεων δείχνει ότι οι γαλαξίες και το φυσικό αέριο αποτελούν μόνο το ένα πέμπτο της συνολικής μάζας – το υπόλοιπο πιστεύεται ότι είναι η σκοτεινή ύλη.

Το αέριο είναι κατά κύριο λόγο υδρογόνο και, σε πάνω από 10 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, είναι αρκετά θερμό ώστε να εκπέμπει ακτίνες-Χ. Ίχνη άλλων στοιχείων συνεισφέρουν επιπλέον «γραμμές» ακτίνων-X σε συγκεκριμένα μήκη κύματος.

Εξετάζοντας τις παρατηρήσεις των διαστημικών τηλεσκοπίων XMM-Newton της ESA και Chandra της NASA, από αυτές τις χαρακτηριστικές γραμμές σε 73 σμήνη γαλαξιών, οι αστρονόμοι έπεσαν πάνω σε μια ενδιαφέρουσα αχνή γραμμή σε ένα μήκος κύματος που κανένας δεν είχε δει ποτέ πριν.

Μυστηριώδες σήμα στο γαλαξιακό σμήνος του Περσέα

Μυστηριώδες σήμα στο γαλαξιακό σμήνος του Περσέα

«Αν αυτό το παράξενο σήμα είχε προκληθεί από ένα γνωστό στοιχείο που υπάρχει στο αέριο θα έπρεπε να είχε αφήσει άλλα σήματα στο φως των ακτίνων X σε άλλα γνωστά μήκη κύματος, αλλά κανένα από αυτά δεν καταγράφηκε,» λέει η Δρ Esra Bulbul από το Κέντρο Σμιθσόνιαν του Χάρβαρντ για την Αστροφυσική στο Cambridge, Μασαχουσέτη, ΗΠΑ, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που συζητά τα αποτελέσματα.

«Γι ‘αυτό και έπρεπε να ψάξουμε για μια εξήγηση πέρα από τη σφαίρα της γνωστής, συνηθισμένης ύλης.»

Οι αστρονόμοι προτείνουν ότι η εκπομπή μπορεί να δημιουργηθεί από τη διάσπαση ενός υποατομικού σωματιδίου εξωτικού τύπου που είναι γνωστό ως «στείρο νετρίνο», το οποίο έχει προβλεφθεί αλλά δεν έχει εντοπιστεί ακόμα.

Τα συνήθη νετρίνα είναι σωματίδια πολύ μικρής μάζας που αλληλεπιδρούν σπάνια με την ύλη μέσω της λεγόμενης ασθενής πυρηνικής δύναμης, καθώς και μέσω της βαρύτητας. Τα στείρα νετρίνα πιστεύεται ότι αλληλεπιδρούν με την κοινή ύλη μέσω της βαρύτητας και μόνο, γεγονός που τα καθιστά πιθανά υποψήφια να αποτελούν σκοτεινή ύλη.

«Αν η ερμηνεία των νέων παρατηρήσεων μας είναι σωστή, τουλάχιστον ένα μέρος της σκοτεινής ύλης σε σμήνη γαλαξιών θα μπορούσε να αποτελείται από στείρα νετρίνα,» λέει η Δρ Bulbul.

Τα παρατηρούμενα γαλαξιακά σμήνη βρίσκονται σε ένα ευρύ φάσμα αποστάσεων, από περισσότερα από εκατό εκατομμύρια έτη φωτός σε μερικά δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Το μυστηριώδες, ασθενές σήμα βρέθηκε συνδυάζοντας πολλαπλές παρατηρήσεις των σμηνών, καθώς και σε μια μεμονωμένη εικόνα του σμήνους του Περσέα, μια τεράστια δομή στην κοσμική γειτονιά μας.

Οι συνέπειες αυτής της ανακάλυψης μπορεί να είναι μακριά, αλλά οι ερευνητές είναι προσεκτικοί. Περαιτέρω παρατηρήσεις με το XMM-Newton, το Chandra και άλλα υψηλής ενέργειας τηλεσκόπια, περισσότερων τέτοιων σχηματισμών απαιτούνται πριν η σύνδεση με την σκοτεινή ύλη να μπορέσει να επιβεβαιωθεί.

«Η ανακάλυψη αυτών των παράξενων ακτίνων Χ ήταν δυνατή χάρη στο μεγάλο αρχείο του XMM-Newton, και στην ικανότητα του παρατηρητηρίου για τη συλλογή πολλών ακτίνων Χ σε διαφορετικά μήκη κύματος, που οδήγησε σε αυτή την προηγουμένως άγνωστη γραμμή», σχολιάζει ο Norbert Schartel, επιστήμονας του προγράμματος XMM-Newton της ESA.

«Θα ήταν εξαιρετικά συναρπαστικό να επιβεβαιωθεί ότι το XMM-Newton μας βοήθησε να βρούμε το πρώτο άμεσο σημάδι της σκοτεινής ύλης.»

«Δεν είμαστε αρκετά κοντά ακόμα, αλλά σίγουρα πρόκειται να μάθουμε πολλά σχετικά με το περιεχόμενο του παράξενου Σύμπαντος μας φτάνοντας εκεί.»

Περισσότερες πληροφορίες

Detection of an unidentified emission line in the stacked X-ray spectrum of galaxy clusters,” από την E. Bulbul et al. εκδόθηκε στο τεύχος της 1η Ιουλίου 2014 στο επιστημονικό περιοδικό Astrophysical Journal.

Πηγή: http://www.esa.int/ell/

Comments are closed