Poderia um estranho sinal de raio-X proveniente do aglomerado de galáxias Perseus ser uma sugestão da matéria escura indescritível em nosso Universo?
Usando dados de arquivo do Observatório de Raios-X Chandra e da missão XMM-Newton, os astrônomos encontraram uma linha de emissão de raios-X não identificada ou um pico de intensidade em um comprimento de onda muito específico da luz de raios-X. Esse pico também foi encontrado em outros 73 aglomerados de galáxias nos dados XMM-Newton.
Os cientistas propõem que uma possibilidade intrigante é que os raios-X sejam produzidos pelo decaimento de neutrinos estéreis, um tipo hipotético de neutrino que foi proposto como candidato à matéria escura e prevê-se que ele interaja com a matéria normal apenas por gravidade.
"Sabemos que a explicação da matéria escura é um tiro no escuro, mas o resultado seria enorme se tivéssemos razão", disse Esra Bulbul, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA), em Cambridge, Massachusetts, que liderou o projeto. estude. "Então, vamos continuar testando essa interpretação e ver para onde ela nos leva".
Os astrônomos estimam que aproximadamente 85% de toda a matéria do Universo é matéria escura, invisível até para os telescópios mais poderosos, mas detectável por sua força gravitacional.
Os aglomerados de galáxias são bons lugares para procurar matéria escura. Eles contêm centenas de galáxias, bem como uma enorme quantidade de gás quente preenchendo o espaço entre elas. Porém, medidas da influência gravitacional dos aglomerados de galáxias mostram que as galáxias e o gás representam apenas cerca de um quinto da massa total. Pensa-se que o resto seja matéria escura.
Bulbul explicou em um post no blog do Chandra que queria tentar procurar matéria escura “empilhando” (observações em camadas umas sobre as outras) um grande número de observações de aglomerados de galáxias para melhorar a sensibilidade dos dados provenientes de Chandra e XMM- Newton.
“A grande vantagem do empilhamento de observações não é apenas uma relação sinal / ruído aumentada (ou seja, a quantidade de sinal útil em comparação com o ruído de fundo), mas também os efeitos diminuídos dos recursos de detector e de fundo”, escreveu Bulbul. "A emissão de fundo de raios-X e o ruído instrumental são os principais obstáculos na análise de objetos fracos, como aglomerados de galáxias."
Seu principal objetivo ao usar a técnica de empilhamento era refinar os limites superiores anteriores das propriedades das partículas de matéria escura e talvez até encontrar uma linha de emissão fraca de metais anteriormente não detectados.
"Essas linhas de emissão fraca de metais se originam das transições atômicas conhecidas que ocorrem nas atmosferas quentes dos aglomerados de galáxias", disse Bulbul. “Depois de passar um ano reduzindo, examinando cuidadosamente e empilhando as observações de raios-X XMM-Newton de 73 aglomerados de galáxias, notei uma linha de emissão inesperada em cerca de 3,56 kiloelétron-volts (keV), uma energia específica na faixa de raios-X. "
Em teoria, um neutrino estéril se decompõe em um neutrino ativo emitindo um fóton de raios-X na faixa de keV, que pode ser detectável por espectroscopia de raios-X. Bulbul disse que os resultados de sua equipe são consistentes com as expectativas teóricas e os limites superiores impostos pelas pesquisas anteriores em raios-X.
Bulbul e seus colegas trabalharam por um ano para confirmar a existência da linha em diferentes subamostras, mas dizem que ainda têm muito trabalho a fazer para confirmar que realmente detectaram neutrinos estéreis.
"Nosso próximo passo é combinar dados da missão Suzaku da Chandra e da JAXA para um grande número de aglomerados de galáxias para ver se encontramos o mesmo sinal de raios-X", disse o co-autor Adam Foster, também da CfA. “Existem muitas idéias sobre o que esses dados podem representar. Podemos não ter certeza até o lançamento do Astro-H, com um novo tipo de detector de raios-X que será capaz de medir a linha com mais precisão do que atualmente é possível. ”
O Astro-H é outra missão japonesa programada para ser lançada em 2015 com um instrumento de alta resolução que deve ser capaz de ver mais detalhes nos espectros, e Bulbul disse que espera poder "distinguir inequivocamente uma linha astrofísica de um sinal de matéria escura. e diga-nos o que realmente é essa nova emissão de raios-X. ”
Como a linha de emissão é fraca, essa detecção está aumentando os recursos Chandra e XMM Newton em termos de sensibilidade. Além disso, a equipe afirma que pode haver outras explicações além dos neutrinos estéreis se essa linha de emissão de raios-X for considerada real. Existem maneiras pelas quais a matéria normal no cluster poderia ter produzido a linha, embora a análise da equipe sugerisse que tudo isso envolveria mudanças improváveis em nossa compreensão das condições físicas no aglomerado de galáxias ou nos detalhes da física atômica de gases extremamente quentes.
Os autores também observam que, mesmo que a interpretação estéril de neutrinos esteja correta, sua detecção não implica necessariamente que toda a matéria escura seja composta dessas partículas.
O comunicado de imprensa da Chandra compartilhou uma interessante visão dos bastidores de como a ciência é compartilhada e discutida entre os cientistas:
Devido ao potencial tentador desses resultados, após submeter ao The Astrophysical Journal, os autores publicaram uma cópia do artigo em um banco de dados acessível ao público, o arXiv. Este fórum permite que os cientistas examinem um artigo antes de sua aceitação em um periódico revisado por pares. O artigo iniciou uma onda de atividades, com 55 novos artigos já citando este trabalho, envolvendo principalmente teorias discutindo a linha de emissão como possível evidência de matéria escura. Alguns dos trabalhos exploram a interpretação estéril de neutrinos, mas outros sugerem que diferentes tipos de partículas candidatas de matéria escura, como o axônio, podem ter sido detectados.
Apenas uma semana depois de Bulbul et al. colocaram seu artigo no arXiv, um grupo diferente, liderado por Alexey Boyarsky, da Universidade de Leiden, na Holanda, colocou um artigo no arXiv relatando evidências de uma linha de emissão com a mesma energia nas observações XMM-Newton da galáxia M31 e nos arredores do cluster Perseus. Isso reforça a evidência de que a linha de emissão é real e não um artefato instrumental.
Leitura adicional:
Artigo de Bulbul et al.
Comunicado de imprensa Chandra
Comunicado de imprensa da ESA
Blog do Chandra
