Innovatieve heroverweging van röntgeninformatie van galactische clusters zal helpen de aard van donkere materie te verduidelijken. Voor dit doel werden het Chandra X-ray observatorium, XMM-Newton en Hitomi gebruikt. Als hun gegevens worden bevestigd door toekomstige waarnemingen, zullen we in staat zijn om de mysterieuze onzichtbare substantie te begrijpen die 85% van de materie van het universum vult.
De studie begon in 2014, toen astronomen een toename in intensiteit met extreem specifieke energie opnamen in de Perseus galactische cluster. Deze emissielijn heeft een energie van 3,5 keV. Deze intensiteit was moeilijk uit te leggen in termen van bekende objecten, daarom suggereerden ze het bestaan van donkere materie. Later werden 73 andere galactische clusters onderzocht en dezelfde resultaten gevonden. Na twee weken kwam een ander team van wetenschappers tot dezelfde conclusie.
Een snelle blik op de Perseus-cluster
Maar deze twee resultaten bleven controversieel: iemand vond de lijn van 3,5 keV, terwijl anderen dat niet deden. Het debat eindigde in 2016 met de komst van Hitomi, ontworpen om naar dergelijke functies te zoeken. Dus deze telescoop kon de lijn van 3,5 keV niet vinden in Persey. Maar hier maakt het verhaal een scherpe wending.
Sommige wetenschappers merkten op dat het beeld van Hitomi veel bizarder was dan Chandra liet zien. Het bleek dat de Perseus-gegevens worden weergegeven door een combinatie van röntgensignalen uit twee bronnen: de diffuse component van het hete gas dat het galactische centrum overspoelde en de röntgenstralen bij het superzware zwarte gat. Bij gebruik van Chandra was het mogelijk om deze bronnen te scheiden en een overmaat aan röntgenstraling te onthullen bij 3,5 keV. Vandaar de noodzaak om dit gedrag te verklaren: de detectie van röntgenabsorptie in het onderzoek van een zwart gat en de emissie van stralen met dezelfde energie, maar al in het onderzoek van een heet gas.
De nieuwste gegevens tonen aan dat röntgenopname bij 3,5 keV wordt gedetecteerd in de regio rond het zwarte gat in het centrum van Perseus. Dit betekent dat de deeltjes van donkere materie in het cluster de straling absorberen en afgeven. Als het nieuwe model waar is, zal het op een dag helpen om de ware aard van donkere materie te bepalen.
Dit gedrag is bekend bij wetenschappers die sterren en gaswolken bestuderen met behulp van optische telescopen. Starlight vertoont vaak absorptielijnen. Absorptie verwijdert atomen van lage naar hoge energietoestand. Een atoom gaat snel naar een lage energie en geeft licht vrij. Als we alleen de wolk in de richting van de ster volgen, zou alleen fluorescentielicht worden gevonden.
De onderzoekers geloven dat donkere materiedeeltjes zich kunnen gedragen als atomen met twee energietoestanden gescheiden door 3,5 keV. Om nieuwe details te leren, zullen wetenschappers het cluster Perseus en dergelijke moeten blijven observeren.
