Jauns pavērsiens tumšās matērijas stāstā?

Redzamās gaismas un rentgenstaru kombinācija

FOTO: http://chandra.harvard.edu

Šis stāsts sākās 2014.gadā, kad astronoma Ezras Bulbula vadītā pētnieku grupa, analizējot Perseja galaktiku kopu Čandras un XMM-Newton teleskopu iegūtajos datos, atklāja pīķi ļoti specifiskā enerģijas diapazonā - 3,5 keV (kiloelektronvolti). Šīs emisiju līnijas intensitāti ir praktiski neiespējami izskaidrot ar agrāk novērotajiem vai prognozētajiem astronomiskajiem fenomeniem. Tolaik kā iespējamais skaidrojums tika piedāvāta tumšā matērija. Bulbuls ar kolēģiem ziņoja, ka 3,5 keV līnija ir novērota vēl 73 galaktiku kopās.

Situācija kļuva vēl interesantāka, kad tikai nedēļu pēc Bulbula grupas publikācijas cita pētnieku komanda Alekseja Bojarska vadībā ziņoja par 3,5 keV emisijas līniju, kura reģistrēta galaktikā M31 un Perseja galaktiku kopas nomalē. Vēlāk dažos novērojumos izdevās konstatēt 3,5 keV līniju, bet citos novērojumos to nemanīja.

www.starspace.lv

2016. gadā Hitomi rentgenstaru satelīts nereģistrēja 3,5 keV emisijas līniju Perseja galaktiku kopā, tādēļ šķita, ka pieņēmums par tās saistību ar tumšo matēriju bijuši maldi.

Tomēr daži zinātnieki neuzskatīja, ka noslēpums ir atminēts. Džozefa Konlona vadītā zinātnieku komanda pamanīja, ka Hitomi teleskopa attēli ir neskaidrāki, nekā varēja iegūt ar Čandra teleskopu. Tas nozīmē, ka Hitomi dati patiesībā ir divu atšķirīgu avotu rentgenstaru signālu summa. Pirmais signāls nāca no difūzā gāzu apvalka, kas ieskauj milzu galaktiku kopas centrā. Otrs rentgenstaru avots ir šīs pašas milzu galaktikas centrā esošā supermasīvā melnā cauruma tuvākā apkaime. Čandras teleskopam ir «asāka redze», kas ļauj nodalīt šos divus avotus.

Var pieņemt, ka Bulbula vadītajai grupai bija izdevies izolēt rentgenstaru signālu no karstās gāzes, novācot punktveida avotu signālus, tai skaitā arī rentgenstarus, kuru avots ir supermasīvajam melnajam caurumam piekļautie reģioni.

Lai saprastu, vai šai niansei ir kāda nozīme, Oksfordas zinātnieku komanda atkārtoti veica Čandras teleskopa 2009. gadā fotografētās Perseja galaktikas kopas attēla analīzi, pievērošot uzmanību tieši apgabalam, kas atrodas supermasīvā melnā cauruma tuvumā. Konlons ar kolēģiem atklāja kaut ko pārsteidzošu. Viņi konstatēja nevis 3,5 keV emisijas līnijas pīķi, bet gan drīzāk tās iztrūkumu. Tas liek domāt, ka kaut kas Perseja kopā absorbē enerģiju šajā diapazonā.

Atveidojot Hitomi redzēto spektru, papildinot Čandras un XMM-Newton teleskopu novēroto pīķi ar datiem, kas iegūti no supermasīvajam melnajam caurumam tuvās apkārtnes, tika iegūts rezultāts, kas saskan ar Hitomi novērojumiem.

Izaicinājums ir izskaidrot šo fenomenu - rentgenstaru absorbciju, kad tiek novērots melnais caurums, un tās pašas enerģijas rentgenstaru emisiju, kad tiek pētīta karstā gāze, skatoties lielākos leņķos virzienā prom no supermasīvā melnā cauruma.

Līdzīgu uzvedību, bet citos enerģijas diapazonos, novēro astronomi, kas pēta zvaigznes un gāzu mākoņus ar optiskajiem teleskopiem. Zvaigznēm, kuras ieskauj gāzu un putekļu mākoņi, raksturīgas absorbcijas līnijas, kas rodas, kad zvaigznes gaismu specifiskos viļņu garumos absorbē apkārtējie mākoņi. Atomi no zemāka enerģijas līmeņa pāriet augstākā un pēc tam atgriežas iepriekšējā līmenī, izstarojot konkrētas enerģijas gaismu visos virzienos. Savukārt, ja novērotu tikai mākoni, izslēdzot no novērojumiem zvaigzni, tiktu novērota tikai emisija.

Perseja galaktiku kopa

NASA/CXC/M. Weiss

Konlona vadītā pētnieku grupa uzskata, ka tumšās matērijas daļiņas varētu būt atomu analogi šajā gadījumā. Šo daļiņu divu enerģijas līmeņu starpība ir novērotie 3,5 keV, tādējādi iespējams novērot absorbcijas līniju šajā diapazonā supermasīvā melnā cauruma tuvumā, bet emisijas līniju, ja tiek analizēta karstā gāze.

«To nav vienkārši iztēloties, bet iespējams, ka mēs esam atraduši skaidrojumu neparastajam rentgenstaru signālam Perseja galaktiku kopā un ieguvuši norādi par tumšās matērijas patieso dabu,» skaidroja pētījuma līdzautors Nikolass Dženings.

Lai papildinātu šo stāstu, zinātniekiem jāturpina Perseja un tam līdzīgu kopu pētījumi.

«Es nedomāju, ka šajā stāstā iespējams pusceļš, ja tiek meklētas atbildes uz vienu no lielākajiem zinātnes jautājumiem,» secināja Konlons.

Uz augšu