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科学家发现暗物质可能与黑洞的秘密有关,3.5千电子伏未知能量有了新解释

美国国家航空航天局的科学家可能正处于了解暗物质的重大突破的边缘。

通过分析X射线望远镜的数据,他们说他们可能戏剧性地发现了“能量信号”,可以帮助解释占宇宙27%左右的暗物质。

英仙座星系团

如果在未来,这些已经被发现的,暗物质的“迹象”能够得到证实,那这将成为理解这种奇怪物质的重要一步。

“我们希望我们的研究结果是非常重要的。”牛津大学的研究负责人Joseph Conlon说。

“我认为,当你在寻找科学上最大问题之一的答案时,是没有折中的办法的。”

英仙座星系团

这个特别的方法开始于2014年,当时一组由Esra Bulbul领导的哈佛大学史密森天体物理中心的天文学家,发现了一个特定的能量高峰。

那是天文学家使用NASA钱德拉X射线天文台望远镜、欧洲XMM牛顿卫星和日本HitomiX射线望远镜观测英仙座星系团的热气时发现的。他们发现了能量峰值达到3.5千电子伏(keV)的能量。科学家对此次发现给出了一个全新的解释。

英仙座星系团

因为3.5千电子伏尖峰的强度几乎无法解释,所以科学家怀疑那是暗物质。

但这并不是他们唯一的发现。Bulbul和他的同事在使用XMM牛顿卫星进行太空研究时还发现了73个星系也存在3.5 keV的未知能量。

Bulbul的团队发布他们的研究结果后仅仅一周,另一个研究小组也报道说利用XMM牛顿卫星观测到M31星系以及英仙座星系团外围存在3.5 keV的未知能量。

日本Hitomi卫星

但其他天文学家未能探测到3.5千电子伏能量,所以这两个研究小组的发现引起了争议。

2016年,专门用于观察千电子伏的能量与射线的Hitomi X射线望远镜,也未能发现英仙座星系团的3.5 keV的未知能量。

“有人可能会认为,Hitomi都没有看到3.5 keV能量,我们就会放弃这条线的调查,”来自牛津合著者Francesca Day说。

相反,Conlon和他的团队发现,Hitomi望远镜观测到的图像比钱德拉观测台的图像要模糊,这使他们相信在英仙座星系团的数据实际上是混合了两种不同能量来源的X射线信号。

其中的一个来源是来自英仙座星系附近的超大质量的黑洞的X射线辐射。

由于钱德拉观测台的视觉敏锐,Bulbul就利用它单独分析消除点源后热气体的X射线信号。

为了测试差异的重要性,研究人员重新分析了2009年,由钱德拉观测台拍摄的英仙座的黑洞的数据。他们的发现是令人惊讶的。

他们发现了能量缺失的证据,而不是多余3.5千电子伏的X射线能量。

这表明,英仙座星团里的某些东西能够吸收X射线的能量。

解释这种现象是具有挑战性的:观察发现,一方面黑洞吸收X射线光能量;而当从远离黑洞的较大的角度上观察热气体时发现,黑洞会释放相同能量的X射线。

XMM牛顿卫星

研究小组在他们的报告中指出,暗物质粒子可能像原子一样,有两个能量状态,相隔3.5千电子伏。

如果是这样的话,当观察到靠近黑洞方向的角度时,可以观察到在3.5千电子伏处的吸收线,而在远离黑洞的大角度观察热气体时的是放射线。

“这无法用一个简单的图画出来,但它是可能的,我们已经找到一种方法来解释这个不寻常的X射线信号。”合著者Nicholas Jennings说。

天文学家说,他们将需要更多英仙座星系团的数据,并需要进一步观察。

注:本文未标注图片均来自网络

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