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暗示暗物质存在的神秘X射线信号

原文标题:Puzzling X-rays point to dark matter

原文来自:ESA   Posted: 2014. 6. 24

编译:Melipal   审校:Linq 

天文学家使用ESA与NASA的高能望远镜,发现了诱人的线索,暗示宇宙中一种难以捉摸的成分——暗物质的存在。

虽然暗物质被认为是不可见的,也不会发射或者吸收光线,但可以通过它们的引力对宇宙中其他天体(如恒星或星系)的运动和外观的影响来探测它们。

基于这些间接的证据,天文学家认为,暗物质是宇宙中最主要的物质成分,不过它仍旧是难以理解的。

现在通过研究星系团(也就是宇宙中被引力束缚的最大物质结构),人们可能找到了一条线索。

星系团不仅含有数百个星系,还含有充斥在星系之间的大量热气体。

然后对这些行星团的引力测量表明,星系与气体只占据了总质量的大约1/5,剩下的据信就是暗物质了。

气体的主要成分是氢,它们的温度超过了1000万摄氏度,热得足以发出X射线辐射了。其他的痕量元素产生了特定波长额外的X射线“谱线”。

通过考察ESA的XMM-牛顿空间望远镜以及NASA的钱德拉X射线天文台对73个星系团特征谱线的观测,天文学家困惑地看到了一有趣的暗线,人们从来没有在这一波长上看到过它。

相关论文的第一作者、美国马萨诸塞州坎布里奇(Cambridge)哈佛—史密松天体物理中心的埃斯拉·巴尔巴尔(Esra Bulbul)博士说:“如果这个奇怪的信号是气体中的已知元素产生的,它会在其他已知的X射线波长上留下其他信号,但是我们没有看到这样的信号。

“因此我们转而寻求已知常规物质之外的解释。”

天文学家提出,这样的辐射可能是由于某种奇异的亚原子粒子“惰性中微子”衰变产生的,理论预言了这种粒子的存在,但它们从来没有被探测过。

普通的中微子是质量很轻的粒子,只通过所谓的弱合理以及引力偶尔与其他物质发生相互作用。惰性中微子据信只通过引力与普通物质发生相互作用,这样它们就成了暗物质可能的候选对象。

巴尔巴尔博士说:“如果对新观测的解释是正确的,那么星系团中至少一部分的暗物质应该由惰性中微子组成。”

被测星系团分布在很宽的距离范围内,从上亿光年到数十亿光年不等。神秘的暗弱信号是通过结合对星系团的多次观测数据发现的,另外在英仙座星系团(一个邻近的庞大星系团)的一张图像中也发现了这个信号。

这一发现带来的结果可能是深远的,不过研究者很谨慎。在确认与暗物质的关联之前,使用XMM-牛顿、钱德拉以及其他望远镜对更多的星系团进行进一步观测是必要的。

ESA的XMM-牛顿任务科学家诺伯特·沙特尔(Norbert Schartel)评论说:“XMM-牛顿望远镜的大型数据存档以及该望远镜在不同波段采集大量X射线信号的能力让发现这种奇怪的X射线信号成为了可能,最终让人们发现了这一前所未知的谱线。

“如果能够证实XMM-牛顿帮助我们发现了第一条暗物质的直接证据,将是非常激动人心的。

“我们还没有达到这个目标,不过一旦达到,我们必然会了解到许多关于奇异宇宙成分的信息。”

参考文献:《在星系团的叠合X射线光谱中发现了未知发射线》,E·巴尔巴尔等人,《天体物理学报》,2014年7月1日

(全文完)

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