Темная материя является архитектором крупномасштабной космической структуры и движущей силой правильного вращения галактик. Это неотъемлемая часть физики нашей Вселенной, и тем не менее ученые до сих пор не знают, из чего она состоит. Последние данные Планка предполагают, что таинственное вещество составляет 26,2% космоса, что делает его почти в пять с половиной раз более распространенным, чем обычное, повседневное вещество. Теперь четыре европейских исследователя намекнули, что у них на руках может быть открытие: сигнал в рентгеновском свете, который не имеет известной причины и может свидетельствовать о долгожданном взаимодействии между частицами, а именно об уничтожении темноты дело.
Когда астрономы хотят изучить объект в ночном небе, например звезду или галактику, они начинают с анализа его света на всех длинах волн. Это позволяет им визуализировать узкие темные линии в спектре объекта, называемые линиями поглощения. Линии поглощения происходят из-за того, что составляющие элементы звезды или галактики поглощают свет на определенных длинах волн, не давая большинству фотонов с этими энергиями достичь Земли. Точно так же взаимодействующие частицы могут также оставлять эмиссионные линии в спектре звезды или галактики, яркие линии, которые создаются, когда избыточные фотоны испускаются посредством субатомных процессов, таких как возбуждение и распад. Присмотревшись к этим эмиссионным линиям, ученые обычно могут нарисовать надежную картину физики, происходящей в другом месте космоса.
Но иногда ученые находят линию излучения более загадочной. Ранее в этом году исследователи из Лаборатории физики и космологии частиц (LPPC) в Швейцарии и Лейденского университета в Нидерландах выявили избыточный выброс энергии в рентгеновском свете, исходящем как из галактики Андромеды, так и из звездного скопления Персей: линия излучения с энергией около 3,5 кэВ. Никакой известный процесс не может объяснить эту строку; однако это согласуется с моделями теоретического стерильное нейтрино - частица, которую многие ученые считают главным кандидатом на темную материю.
Исследователи полагают, что эта странная эмиссионная линия может быть результатом аннигиляции или распада этих частиц темной материи, процесс, который, как считается, выделяет рентгеновские фотоны. На самом деле, сигнал оказался наиболее сильным в наиболее плотных областях Андромеды и Персея и все более рассеивался от центра, распределение, которое также характерно для темной материи. Кроме того, сигнал отсутствовал в наблюдениях команды за глубоким, пустым пространством, подразумевая, что это реальный, а не просто инструментальный артефакт.
В предварительном издании своей работы исследователи стараются подчеркнуть, что сам сигнал слаб по научным стандартам. Таким образом, они могут быть только на 99,994% уверены, что это истинный результат, а не просто мошенническое статистическое отклонение, уровень достоверности, известный как 4σ, (Золотой стандарт для открытия в науке 5σрезультат, который можно признать «истинным» с уверенностью 99,9999%) Другие ученые не настолько уверены, что темная материя в конце концов является таким хорошим объяснением. Согласно прогнозам, сделанным на основе измерений леса Лайман-альфа, то есть спектральной картины поглощения водорода и излучения фотонов в очень далеких, очень старых газовых облаках, любая частица, претендующая на роль темной материи, должна иметь энергию выше 10 кэВ - больше чем в два раза больше энергии этого последнего сигнала.
Как всегда, изучение космологии таит в себе загадки. Независимо от того, оказывается ли эта конкретная эмиссионная линия свидетельством стерильного нейтрино (и, следовательно, темной материи) или нет, это, по-видимому, сигнал некоторого физического процесса, который ученые еще не понимают. Если будущие наблюдения могут повысить достоверность этого открытия до 5σНа уровне астрофизиков будет еще один феномен - захватывающая перспектива, независимо от конечного результата.
Исследования группы были приняты в Physical Review Letters и будут опубликованы в следующем номере.
