11.6K
Инновационная интерпретация набора рентгеновских данных обсерваторий NASA «Chandra», ESA «XMM-Newton» и японской «Hitomi» может стать важным шагом в понимании природы таинственного, невидимого вещества, составляющего около 85% материи во Вселенной. Результаты исследования представлены в журнале Physical Review D.
«В поисках ответа на самый главный вопрос об устройстве Вселенной не может быть чего-то неоднозначного, поэтому либо новый результат станет чрезвычайно важным для науки, либо окажется пустышкой», – сказал Джозеф Конлон, ведущий автор исследования из Оксфордского университета (Великобритания).
Странная энергия и темная материя
История началась в 2014 году, когда команда астрономов из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже (США) обнаружила интенсивный всплеск очень специфической энергии, анализируя данные наблюдений газа в галактическом скоплении Персея телескопами «Chandra» и «ХММ- Newton».
Странная эмиссионная линия обладала энергией 3,5 килоэлектронвольт (кэВ), которую очень трудно, если не невозможно объяснить привычными астрономическими объектами, в итоге астрономы склонились к темной материи. Впоследствии команда сообщила о существовании такой-же линии при исследовании других 73 скоплений галактик.
Предположение, что виновником является темная материя, еще больше укрепилось в сознании ученых, когда через неделю другая группа исследователей из Лейденского университета (Нидерланды) сообщила об обнаружении линии излучения 3,5 кэВ в наблюдениях галактики Андромеды и окраин кластера Персея, подтверждая предыдущий результат.
Неожиданные данные от японского телескопа
Однако в 2016 году телескоп «Hitomi», специально предназначенный для наблюдений линий излучения в рентгеновских спектрах космических источников, не смог обнаружить линию 3,5 кэВ в кластере Персея.
В попытках разрешить спор телескопов исследователи провели анализ наблюдений и установили, что «Hitomi» на самом деле получает более «размытые» изображения, чем «Chandra», так как данные японской обсерватории о кластере Персея состоят из смеси рентгеновских сигналов от двух источников: диффузной составляющей горячего газа, охватывающего большую галактику в центре кластера, и рентгеновского излучения вблизи сверхмассивной черной дыры этой галактики. Более четкие снимки «Chandra» позволили астрономам выделить рентгеновский сигнал от горячего газа путем удаления точечных источников, в том числе рентгеновское излучение материала вблизи сверхмассивной черной дыры.
Повторно проанализировав наблюдения «Chandra» 2009 года за областью вокруг черной дыры в центре кластера Персея, исследователи обнаружили удивительное доказательство дефицита, а не избытка рентгеновских лучей энергией 3,5 кэВ. Это говорит о том, что в скоплении что-то поглощает их. Когда астрономы смоделировали спектр «Hitomi», добавив эту линию поглощения к линии излучения горячего газа, наблюдаемой «Chandra» и «XMM-Newton», в суммированном спектре они не обнаружили никаких признаков поглощения или излучения рентгеновских лучей при 3,5 кэВ, что согласуется с наблюдениями японского телескопа.
Новый вопрос
Перед учеными встала следующая задача: объяснить поглощение рентгеновского излучения при наблюдении за черной дырой и излучение той же энергии горячим газом на большом удалении от нее.
На самом деле такое поведение хорошо известно астрономам, которые изучают звезды и облака газа с помощью оптических телескопов. Излучение звезды, окруженной облаком газа, часто показывает линии поглощения, возникающие, когда свет от нее определенной энергии поглощается атомами в облаке. По аналогии команда из Оксфордского университета предположила, что частицы темной материи могут быть похожими на атомы, имеющие два энергетических состояния, разделенных 3,5 кэВ. Это объясняет необычные рентгеновские сигналы, поступающие от Персея, и намекает на природу темной материи.
Чтобы написать следующую главу этой истории, астрономам потребуются дальнейшие наблюдения скопления Персея и других подобных ему.