英仙座星系团神秘的x光信号指向暗物质

2021-09-01 12:30:24

2014年,一组天体物理学家报告了从英仙座星系发现的X射线中不寻常的发射线,英仙座星系是一组距离地球2.4亿光年的星系。对这一发现的新解释和随后的观察可以为令人困惑的信号提供解释。如果在未来的观测中得到证实,这可能是朝着神秘的无形物质的本质迈出的重要一步,这种物质被解构成宇宙中大约85%的物质。

“我们希望我们的结果要么非常重要,要么非常重要。当你在寻找科学中最大问题之一的答案时,我认为没有中间点,”牛津大学研究员、该杂志第一作者约瑟夫康伦博士说。物理评论D(D的预印本(arXiv.org))。

这项工作的故事始于2014年,当时哈佛大学史密森学会的天文学家Esra Bulbul和他的合著者在NASA钱德拉X射线观测到的英仙座星团X射线光谱中发现了一条能量为3.5千电子伏(keV)的奇怪发射线。天文台和欧空局的XMM- Newton航天器。

根据先前观测或预测的天文天体特征,很难(如果不是不可能的话)解释3.5千电子伏发射线的强度,因此提出了暗物质的来源。

布尔布尔博士和他的同事们还报道了在其他73个星系团中存在3.5千电子伏的谱线。

当莱顿大学研究员阿列克谢博亚尔斯基(Alexei Bojarszky)领导的另一个小组在仙女座星系和珀尔修斯星系团郊区的XMM-Newton观测中报告了3.5 keV发射线的证据时,暗物质的故事变得更加激烈,证实了之前的情况。结果。

然而,这两个结果是有争议的。其他天文学家后来在观察其他天体时探测到了3.5 keV线,有些人没能探测到。

2016年,当JAXA的古谷仁美卫星未能探测到珀尔修斯集团的3.5千电子伏线时,争论似乎得到了解决。

“人们可能会认为,当古谷仁美没有看到3.5千电子伏线时,我们只是把它放进了这条调查线,”牛津大学的研究员弗朗西丝卡戴博士说,他是目前这项研究的合著者。

“相反,就像任何好故事一样,有一个有趣的情节扭曲。”

康伦博士、戴博士和他们的同事指出,古谷仁美的图像比钱德拉的图像模糊得多,因此它关于英仙座星系团的数据实际上是由两种来源的X射线信号混合而成的:聚集的中心星系周围的热气体的扩散成分和该星系中超大质量黑洞附近的X射线发射。钱德拉更清晰的视野可以区分这两个地区的贡献。

Bulbul等人通过从分析中去除点源,包括来自超大质量黑洞附近物质的X射线,分离了热气体中的X射线信号

为了测试这种差异是否重要,康伦博士的团队在2009年利用珀尔修斯星团中心附近的黑洞重新分析了钱德拉的数据。

他们发现了一些令人惊讶的事情:证明赤字而不是3.5 keV的x射线。这表明珀尔修斯集团中有东西正在吸收这种精确的能量x光。

当研究小组通过将这条吸收线添加到钱德拉和XMM-Newton看到的热气发射线上来模拟古谷仁美光谱时,他们发现在3.5 keV的X射线吸收或发射的和光谱中没有证据,这是用瞳孔观察到的。

挑战在于解释这种行为:当在远离黑洞的大角度观察热气体时,会检测到X射线吸收,并且在观察黑洞时会以相同的能量发射X射线光。

事实上,这种行为对于用光学望远镜研究恒星和气体云的天文学家来说是众所周知的。

来自被云状气体包围的恒星的光经常显示出特定能量的星光被气体云中的原子吸收时产生的吸收线。吸收将原子从低能态转变为高能态。随着特定能量光的发射,原子迅速回落到低能态,但光被重新向各个方向发射,导致在观测光谱中特定能量(吸收线)处的净光损失。这颗星。

相反,在远离恒星的方向观察云只会检测到特定能量的再发射或荧光,这些将显示为发射线。

在报告中,康伦博士的团队提出暗物质粒子可能像原子一样具有两种3.5 keV的能量状态。

如果是这种情况,在接近黑洞方向的角度观察时可以观察到3.5keV的吸收线,在远离黑洞的大角度观察团簇热气时可以观察到发射线。

同样来自牛津大学的合著者尼古拉斯詹宁斯博士说:“这不是一张简单的照片,但我们有可能找到一种方法来解释来自珀尔修斯的不寻常的x光信号,并揭示暗物质到底是什么。”。

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