Poszukiwanie oznak ciemnej materii poza efektem grawitacji nie powiodło się – ale tym razem jest kontrowersyjne.
Astronomowie nie odkryli, że poświata rentgenowska jest produktem jednego konkretnego kandydata na ciemną materię: sterylnych neutrin.
Naukowcy argumentują, że jest to wynik, który rzuca cień na tego kandydata jako wiodącego kandydata na ciemną materię, ale nie odrzuca go całkowicie.
Ciemna materia to ogromny stary znak zapytania. Chociaż nie możemy tego wykryć bezpośrednio, wiemy, że istnieje, ponieważ ma naprawdę silny wpływ grawitacyjny na materię, którą widzimy.
Na przykład materia na zewnętrznych krawędziach galaktyk porusza się szybciej, niż gdyby znajdowała się pod wpływem grawitacji samej materii widzialnej. Soczewkowanie grawitacyjne – sposób, w jaki grawitacja zakrzywia ścieżkę światła – jest również silniejsze, niż się spodziewamy. Na podstawie tych efektów astronomowie obliczyli, że 85 procent materii we Wszechświecie to ciemna materia.
Ponieważ nie możemy go znaleźć, nie wiemy, co to jest. Istnieje wiele hipotetycznych kandydatów, a astronomowie próbują znaleźć sposoby ich wykrycia.
Sterylne neutrino to hipotetyczna cząstka. Normalne neutrina, najliczniejsze cząstki we Wszechświecie, są podobne do elektronów, ale nie mają ładunku i mają bardzo małą masę, więc prawie nie oddziałują z normalną materią. Fizycy zasugerowali, że sterylne neutrino w ogóle nie będzie oddziaływać z normalną materią, z wyjątkiem grawitacji.
Ale te hipotetyczne neutrina są również niestabilne. Powinny rozpadać się na normalne neutrina i promieniowanie elektromagnetyczne. A jeśli rozpadną się w ten sposób, to promieniowanie to powinno zostać wykryte. Bardzo słaby, ale wykrywalny.
Jak stwierdzono w badaniu z 2014 roku, wykryto słabe promieniowanie rentgenowskie pochodzące z jałowego rozpadu neutrin z odległych galaktyk, promieniowanie zwane linią 3,5 keV. Ale późniejsze badania – jedno w 2016 r. Na galaktyce karłowatej oddalonej o 260 000 lat świetlnych, a drugie w 2017 r. Na gromadzie galaktyk odległych o 240 milionów lat świetlnych – nie potwierdziły tego odkrycia.
Wiemy, że Droga Mleczna ma znaczące halo ciemnej materii, więc jeśli rozpadają się w niej sterylne neutrina, należy je wykryć wokół galaktyki.
Zespół przeprowadził metaanalizę 20 lat surowych zarchiwizowanych danych rentgenowskich na pustej przestrzeni wokół Drogi Mlecznej, gdzie inne świecące obiekty nie przeszkadzałyby w poszukiwaniu oznak emisji 3,5 KeV. Nie znaleźli żadnego.
“Ten artykuł z 2014 r. I późniejsza praca potwierdziły, że sygnał wzbudził duże zainteresowanie społeczności astrofizyki i fizyki cząstek elementarnych, ponieważ po raz pierwszy udało się dowiedzieć się, czym dokładnie jest ciemna materia na poziomie mikroskopowym” – powiedział fizyk Ben Safdie z Uniwersytetu Michigan.
„Nasze wyniki nie oznaczają, że ciemna materia nie jest sterylnym neutrinem, ale oznacza, że - w przeciwieństwie do tego, co stwierdzono w 2014 roku – nie ma dotychczas eksperymentalnych dowodów na jej istnienie”.
Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Science.
Źródła: Zdjęcie: Halo ciemnej materii galaktyki Drogi Mlecznej. Zosia Rostomian i Nicholas Rodd / Berkeley Lab; oraz Christopher Dessert i Benjamin Safdi / University of Michigan
