Λάμψεις ακτίνων Χ από μυστηριώδη σκοτεινή ύλη; Glimmer of light in the search for dark matter

This Hubble Space Telescope image shows NGC 1275, the galaxy located in the center of the Perseus Galaxy Cluster. The red threadlike filaments are composed of cool gas suspended by a magnetic field. Astrophysicists may have identified a trace of dark matter that could signify a new particle: the sterile neutrino. Another research group reported a very similar signal just a few days before. Credit: NASA/ESA/Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration)

Ακτίνες Χ που προέρχονται από μακρινά σμήνη γαλαξιών δεν αποκλείεται να προέρχονται από σωματίδια της λεγόμενης σκοτεινής ύλης, ενός υλικού άγνωστης σύστασης που γεμίζει το Σύμπαν χωρίς ποτέ να γίνεται ορατό.

Η σκοτεινή ύλη, η οποία εκτιμάται ότι είναι τέσσερις φορές περισσότερη στο Σύμπαν από ό,τι η κανονική ύλη, δεν μπορεί να γίνει άμεσα ορατή, καθώς δεν απορροφά και δεν εκπέμπει ακτινοβολία.

Ό,τι βλέπουμε στον ουρανό δεν αντιστοιχεί παρά σε ένα πολύ μικρό μέρος της μάζας του Σύμπαντος. (Φωτογραφία: Associated Press)

Η ύπαρξή της έγινε αντιληπτή όταν οι κοσμολόγοι συνειδητοποίησαν ότι η βαρύτητα της ορατής ύλης δεν είναι αρκετή για να εξηγήσει την κίνηση των γαλαξιών, και επομένως πρέπει να υπάρχει κάποια κρυμμένη μάζα.

Η ενέργεια των ακτίνων Χ, αναφέρουν δύο ερευνητικές ομάδες, βρίσκεται σε συμφωνία με μια θεωρία σύμφωνα με την οποία η σκοτεινή ύλη αποτελείται από «στείρα νετρίνα».

Οι φυσικοί έχουν ανακαλύψει ως σήμερα τριών ειδών νετρίνα, σωματίδια που σπάνια αλληλεπιδρούν με την ύλη και είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθούν. Τα τρία γνωστά νετρίνα έχουν μάζα υπερβολικά μικρή για να εξηγήσουν τις μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης σε όλο το Σύμπαν, οπότε οι θεωρητικοί φυσικοί πρότειναν την ύπαρξη ενός τέταρτου, του βαρύτερου στείρου νετρίνου.

Το σωματίδιο αυτό θα ήταν πρακτικά αδύνατο να γίνει άμεσα αντιληπτό, οπότε οι ερευνητές ακολούθησαν μια έμμεση μέθοδο: αναζήτησαν τις ακτίνες Χ που θα πρέπει να παράγονται όταν ένα στείρο νετρίνο διασπάται στο Διάστημα.

Τα νέα ευρήματα

Ερευνητές του Κέντρου Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν στη Μασαχουσέτη ανέλυσαν προηγούμενες μετρήσεις δύο διαστημικών τηλεσκοπίων ακτίνων Χ, του ευρωπαϊκού XMM-Newton και του αμερικανικού Chandra. Τα δεδομένα αφορούσαν 73 σμήνη γαλαξιών, τα οποία περιέχουν μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης.

Μια δεύτερη ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Λάιντεν στην Ολλανδία ανέλυσε αντίστοιχα δεδομένα για το σμήνος γαλαξιών του Περσέα και το γειτονικό γαλαξία της Ανδρομέδας.

Και οι δύο ομάδες αναφέρουν ότι κατέγραψαν εκπομπές ακτίνων Χ με ενέργεια γύρω στα 3,5 χιλιάδες eV (ηλεκτρονιοβόλτ). Οι ερευνητές βεβαιώθηκαν ότι το σήμα δεν προερχόταν από το θόρυβο των τηλεσκοπίων και αναφέρουν ότι η μόνη εξήγηση που μπορούν να σκεφτούν είναι ότι οι ακτίνες Χ προέρχονται από τη διάσπαση στείρων νετρονίων με μάζα γύρω στα 7 keV.

«Είναι ενδιαφέρον. Βρίσκεται σε συμφωνία με ό,τι θα περιμέναμε από τη σκοτεινή ύλη» σχολιάζει στο περιοδικό New Scientist ο Κέβορκ Αμπαζαγιάν του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Άιρβινγκ, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.

Παραμένει ωστόσο ασαφές το κατά πόσο ένα στείρο νετρόνιο με μάζα 7 keV θα αρκούσε για να εξηγήσει το μυστήριο -προηγούμενες μελέτες ότι η μάζα του σωματιδίου θα έπρεπε να είναι μεγαλύτερη, γύρω στα 10 keV.

Μια πιο σαφής εικόνα θα μπορούσε να προκύψει από την αναζήτηση ακτίνων Χ της κατάλληλης ενέργειας σε περισσότερα σμήνη γαλαξιών.

Οι δύο μελέτες δεν έχουν υποβληθεί ακόμα για έλεγχο και δημοσίευση, είναι όμως διαθέσιμες στην υπηρεσία προδημοσίευσης arXiv εδώ και εδώ.