7 lutego 2021

Emisja promieniowania rentgenowskiego z ciemnej materii

Około 85% materii w kosmosie nie emituje ani światła, ani żadnego innego znanego rodzaju promieniowania, i dlatego jest ona nazywana ciemną materią. Jedną z innych godnych uwagi jej cech jest to, że oddziałuje z inną materią tylko poprzez grawitację; nie przenosi na przykład ładunku elektromagnetycznego. Ciemna materia jest również nazywana „ciemną”, ponieważ jest tajemnicza. Nie składa się z atomów czy ich zwykłych składników (takich jak elektrony i protony) ani z jakiegokolwiek innego znanego rodzaju cząstek elementarnych.


Ponieważ ciemna materia jest zdecydowanie dominującym składnikiem materii we Wszechświecie, jej rozkład i grawitacja głęboko wpłynęły na ewolucję struktur galaktycznych, a także na dystrybucję mikrofalowego promieniowania tła. Rzeczywiście, niezwykła zgodność między wartościami kluczowych parametrów kosmicznych (takich jak tempo rozszerzania się Wszechświata) pochodzących niezależnie od dwóch zupełnie różnych struktur kosmicznych, galaktyk i mikrofalowego promieniowania tła, uwiarygodnia modele Wielkiego Wybuchu, które pełnią ważną rolę dla ciemnej materii.

Fizycy próbowali wyobrazić sobie nowe rodzaje cząsteczek zgodne ze znanymi prawami Wszechświata, aby wyjaśnić ciemną materię, ale jak dotąd żaden nie został potwierdzony. Jedną z kuszących możliwości dla nowej cząstki jest tzw. „neutrino sterylne”. Obecnie istnieją trzy znane typy neutrin. Wszystkie oddziałują z materią poprzez grawitację i oddziaływanie słabe (najsłabsze z czterech sił natury). Początkowo sądzono, że wszystkie one nie mają masy, tak jak foton, ale około dwadzieścia lat temu fizycy odkryli, że mają one niewielkie masy – około miliona razy mniejsze niż masa elektronu, ale wciąż wystarczające, aby stanowić śmiertelny problem dla tzw. modelu standardowego cząstek. Możliwym rozwiązaniem byłoby istnienie bardziej masywnego neutrina, być może tysiąc razy większego, zwanego „neutrinem sterylnym”, ponieważ nie oddziaływałoby ono za pośrednictwem oddziaływania słabego. Nigdy jednak nie zostało wykryte.

Astronomowie zdali sobie sprawę, że jeżeli ciemna materia składa się ze sterylnych neutrin, to gdy te cząstki czasami ulegają rozpadowi, mogą emitować wykrywalny foton promieniowania X. Około siedem lat temu astronomowie zajmujący się promieniowaniem rentgenowskim poinformowali o odkryciu dziwnej, słabej widmowej funkcji emisji promieniowania X pochodzącej z gromady galaktyk, w której dominowała ciemna materia. Zasugerowali, że cecha ta może być sygnaturą sterylnego neutrino. W kolejnych latach podejmowano wiele prób potwierdzenia wykrycia lub przypisania go efektom instrumentalnym albo innym efektom nie astronomicznym, z mieszanymi sukcesami. Astronomowie CfA Esra Bulbul i Francesca Civano oraz ich koledzy ukończyli obszerne badania archiwalnych danych z teleskopu rentgenowskiego Chandra, szukając tej nieuchwytnej cechy. Nie znaleźli jej, ale ich nowa analiza, zgodna z innymi niedawno opublikowanymi ograniczeniami, bardziej ogranicza możliwy charakter rozpadu domniemanego sterylnego neutrina nawet dwukrotnie, przy pewnych założeniach, ale nie może tego całkowicie wykluczyć.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Gwiazda z dyskiem pyłowym zasilanym przez otaczającą materię

Międzynarodowy zespół astronomów publikuje obraz młodej gwiazdy z otaczającym ją dyskiem pyłowym, który wciąż jest zasilany z otoczenia. Zja...