Ciemna materia jest architektem wielkoskalowej struktury kosmicznej i motorem odpowiedzialnym za właściwy obrót galaktyk. Jest niezbędną częścią fizyki naszego Wszechświata - a jednak naukowcy wciąż nie wiedzą, z czego jest zrobiony. Najnowsze dane z Plancka sugerują, że tajemnicza substancja stanowi 26,2% kosmosu, co czyni ją prawie pięć i pół razy bardziej rozpowszechnioną niż normalna, codzienna materia. Teraz czterech europejskich badaczy zasugerowało, że mogą mieć na rękach odkrycie: sygnał w świetle rentgenowskim, który nie ma znanej przyczyny i może być dowodem na długo poszukiwaną interakcję między cząsteczkami - mianowicie anihilację ciemności materia.
Kiedy astronomowie chcą badać obiekt na nocnym niebie, taki jak gwiazda lub galaktyka, zaczynają od analizy jego światła na wszystkich długościach fal. Umożliwia im to wizualizację wąskich ciemnych linii w spektrum obiektu, zwanych liniami absorpcji. Linie absorpcji powstają, ponieważ elementy składowe gwiazdy lub galaktyki pochłaniają światło o określonych długościach fal, uniemożliwiając większości fotonów z tymi energiami dotarcie do Ziemi. Podobnie, oddziałujące cząstki mogą również pozostawić linie emisyjne w widmie gwiazdy lub galaktyki, jasne linie, które powstają, gdy nadmiar fotonów jest emitowany w procesach subatomowych, takich jak podniecenie i rozpad. Przyglądając się dokładnie tym liniom emisyjnym, naukowcy zwykle mogą namalować solidny obraz fizyki dziejącej się gdzie indziej w kosmosie.
Ale czasami naukowcy znajdują linię emisji, która jest bardziej zagadkowa. Na początku tego roku badacze z Laboratorium Fizyki Cząstek i Kosmologii (LPPC) w Szwajcarii i Uniwersytetu w Leiden w Holandii zidentyfikowali nadwyżkę energii w świetle rentgenowskim pochodzącym zarówno z galaktyki Andromedy, jak i gromady gwiazd Perseus: linia emisyjna o energii około 3,5keV. Żaden znany proces nie może uwzględnić tej linii; jest to jednak zgodne z modelami teoretycznymi sterylne neutrino - cząsteczka, która zdaniem wielu naukowców jest głównym kandydatem do ciemnej materii.
Naukowcy uważają, że ta dziwna linia emisyjna może wynikać z anihilacji lub rozpadu tych cząstek ciemnej materii, procesu, który, jak się uważa, uwalnia fotony rentgenowskie. W rzeczywistości sygnał wydawał się najsilniejszy w najgęstszych regionach Andromedy i Perseusza i coraz bardziej rozproszony poza centrum, rozkład charakterystyczny również dla ciemnej materii. Ponadto sygnał był nieobecny w obserwacjach zespołu dotyczących głębokiej, pustej przestrzeni, co sugeruje, że jest to prawdziwy, a nie tylko instrumentalny artefakt.
We wstępnym wydaniu artykułu badacze ostrożnie podkreślają, że sam sygnał jest słaby jak na standardy naukowe. Oznacza to, że mogą mieć tylko 99,994% pewności, że jest to prawdziwy wynik, a nie tylko nieuczciwa fluktuacja statystyczna, poziom pewności znany jako 4σ. (Złoty standard odkrycia w nauce to 5σ: wynik, który można uznać za „prawdziwy” z 99,9999% pewnością). Inni naukowcy nie są pewni, czy ciemna materia jest jednak tak dobrym wytłumaczeniem. Zgodnie z przewidywaniami dokonanymi na podstawie pomiarów lasu Lyman-alfa - to znaczy widma absorpcji wodoru i emisji fotonów w bardzo odległych, bardzo starych obłokach gazu - każda cząstka rzekomo ciemna materia powinna mieć energię powyżej 10keV - więcej ponad dwukrotnie więcej niż energia tego ostatniego sygnału.
Jak zawsze studium kosmologii jest pełne tajemnic. Niezależnie od tego, czy ta konkretna linia emisji okaże się dowodem sterylnego neutrina (a zatem ciemnej materii), czy nie, wydaje się, że jest to sygnał jakiegoś fizycznego procesu, którego naukowcy jeszcze nie rozumieją. Jeśli przyszłe obserwacje mogą zwiększyć pewność tego odkrycia do 5σpoziom, astrofizyk będzie miał jeszcze jedno zjawisko do wyjaśnienia - ekscytującą perspektywę, niezależnie od końcowego wyniku.
Badania zespołu zostały zaakceptowane do Physical Review Letters i zostaną opublikowane w nadchodzącym numerze.
