Новые данные миссии XRISM пролили свет на загадочную материю

Если частицы dark matter_decay, то ученые могли бы охотиться за признаками этого процесса, включая рентгеновское или гамма-излучение, или даже испускаемые "призрачные частицы" нейтрино, в обширных скоплениях галактик. Это не только помогло бы finally раскрыть, какие частицы составляют загадочную dark matter, но также позволило бы астрономам понять структуру Вселенной как никогда прежде. И новые исследования предполагают, что миссия NASA X-ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) может сыграть важную роль в этом поиске.

Dark matter представляет значительную задачу для ученых, поскольку, несмотря на то, что она составляет около 85% массы во Вселенной, она остается effectively невидимой. Это связано с тем, что она не взаимодействует с электромагнитным излучением, или светом — или, если она взаимодействует, взаимодействие слишком слабо, чтобы быть обнаруженным. Это привело ученых к предположению о целом ряде гипотетических частиц, чтобы объяснить dark matter, которые выходят за рамки стандартной модели частиц и электронов, протонов и нейтронов, составляющих все обычную материю, как звезды, планеты, спутники и наши тела.

Одна из частей dark matter предполагает, что частицы, составляющие эту загадочную материю, подвергаются процессу распада. Этот процесс включает в себя разрушение крупных частиц на более легкие частицы, с выделением энергии в виде фотонов, частиц света. Одним из возможных признаков этого процесса, который астрономы могли бы искать, являются рентгеновские фотоны, испускаемые при распаде. Фактически, ученые могли уже обнаружить этот космический отпечаток в виде неидентифицированного рентгеновского излучения в спектрах галактических скоплений.

"Пятнадцать процентов массы в галактических скоплениях приходится на dark matter, и мы можем смоделировать распределение dark matter хорошо", — сказал член команды исследования Минь Сун из Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH). "Таким образом, галактические скопления — это отличные цели для такого поиска, поскольку они представляют собой dark matter-богатые и мы знаем массу dark matter в скоплениях хорошо".

В прошлом исследователи полагались на светочувствительные полупроводниковые чипы, называемые Charge-Coupled Devices (CCD), чтобы отслеживать пути возможных частиц распада и лучше понять, что вызывает это рентгеновское излучение. Однако Сун и его коллеги выбрали другой подход, обратившись к данным миссии XRISM.

"Почти все прошлые исследования использовали данные CCD, которые не имеют необходимого энергетического разрешения, чтобы разрешить неидентифицированную линию", — сказал Сун. "Теперь XRISM предоставляет высокое энергетическое разрешение спектров, которое может разрешить линию. Поскольку сигналы линий очень слабы, мы объединили почти три месяца данных XRISM для такого поиска. Есть много рентгеновских линий, обнаруженных. Они происходят от известных атомов, таких как железо, силиций, сера и никель. Рентгеновские линии излучения, которые появляются, не находятся в известном положении атомных линий, и являются кандидатами для линий распада dark matter, что является основной задачей этой работы".

Команда теоретизирует, что ведущими кандидатами на эту неизвестную эмиссию являются "стериленные нейтрино". Нейтрино — это практически безмассовые частицы, которые протекают через Вселенную со скоростью, близкой к скорости света. Вторые по распространенности частицы во Вселенной после фотонов, нейтрино так "призрачны", что 100 триллионов из них проходят через ваше тело каждую секунду, и вы не заметите ничего. Стерильные нейтрино — это одна из гипотетических частиц, которые были предложены для объяснения dark matter.

"Стерильный нейтрино — это гипотетический тип нейтрино, который взаимодействует с другими частицами только через гравитацию, в отличие от трех известных 'активных' нейтрино, которые также взаимодействуют через слабую силу", —said Сун. "Существование стерильного нейтрино хорошо обосновано теоретически и может объяснить очень pequeño, но не нулевую массу регулярных нейтрино. Стерильные нейтрино могут распадаться на два фотона с одинаковой энергией. Модели могут предсказать скорость распада стерильных нейтрино, которая затем ограничена данными".

Стерильные нейтрино имеют долгий путь, чтобы заменить слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs) в качестве ведущих кандидатов на dark matter, но Сун и его коллеги привержены изучению других возможных кандидатов, включая стерильные нейтрино, даже если этот процесс включает их исключение.

"Сุญмы все еще являются ведущими кандидатами на dark matter, но миллиарды долларов экспериментов были проведены, только укрепляя верхние пределы, поэтому альтернативные сценарии должны быть рассмотрены. Это исследование предоставляет самые сильные ограничения из высокоэнергетических данных на стерильный нейтрино в диапазоне 5-30 кэВ, ограничивая модели dark matter", — заключил исследователь UAH. "С большими данными XRISM в течение следующих пяти-десяти лет мы сможем либо обнаружить линию, либо существенно улучшить предел".

Результаты исследования были опубликованы в ноябре в Astrophysical Journal Letters.