Mysterieuze donkere materie is niet zichtbaar door telescopen van welk bereik dan ook. Het manifesteert zich alleen als een zwaartekrachteffect op gewone materie. Deze trieste waarheid lijkt te moeten worden heroverwogen. Tot grote vreugde van wetenschappers.
In een verre cluster van sterrenstelsels absorbeert iets röntgenstralen van een bepaalde energie en zendt deze opnieuw uit. En dit iets kan geen gewone substantie zijn. Deze conclusie wordt getrokken in een studie die is gepubliceerd door een onderzoeksgroep onder leiding van Joseph P. Conlon van Oxford University. Het werk is beschikbaar op de preprint-site van arXiv.org.
Volgens het persbericht van het onderzoek begon dit detectiveverhaal in 2014. Toen ontdekte een wetenschappelijk team onder leiding van Ezra Bulbul (Esra Bulbul) van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge een vreemd fenomeen. De röntgenstraling van het cluster van sterrenstelsels dat bekend staat als de Perseus Cluster toonde een spectrale emissielijn met een energie van 3,5 keV. Het resultaat werd verkregen met behulp van de instrumenten van de XMM-Newton- en Chandra-telescopen. Dezelfde lijn werd gevonden in de straling van 73 andere clusters van sterrenstelsels die werden geregistreerd door de XMM-Newton-telescoop.
Slechts een week na de publicatie van dit resultaat meldde een andere groep, onder leiding van Alexey Boyarsky van de Universiteit Leiden in Nederland, dezelfde lijn te hebben waargenomen in de straling van het sterrenstelsel M31 en de rand van het Perseus-cluster op hetzelfde XMM-Newton-instrument.
Geen enkel bekend astrofysisch proces leidt tot de vorming van een dergelijke lijn. Daarom hebben astronomen gesuggereerd dat ze te maken hebben met de straling van mysterieuze donkere materie.
Veel astronomen hebben geprobeerd deze waarnemingen te repliceren, maar de mysterieuze lijn werd gevonden en daarna niet. Dit bracht sceptici ertoe te speculeren dat de wetenschappers een fout hadden in de werking van het instrument of in de gegevensverwerking.
In 2016 kon de nieuwe Japanse telescoop Hitomi, speciaal ontworpen om röntgenspectraallijnen waar te nemen, de 3,5 keV-lijn in de straling van de Perseus-cluster niet detecteren. Het leek erop dat de kwestie eindelijk was gesloten. Maar dat was gewoon een nieuwe plotwending.
Het team van Conlon merkte op dat Hitomi's beelden veel minder scherp waren dan die van Chandra. Daarom mengde het beeld van de Perseus-cluster signalen van twee bronnen: de straling van heet gas rond een enorm sterrenstelsel in het midden van het cluster en licht dat afkomstig is uit de buurt van een superzwaar zwart gat in het centrum van dit sterrenstelsel zelf.
Promotie video:
Duidelijkere afbeeldingen van Chandra maken het mogelijk om de bijdrage van deze bronnen te onderscheiden. Door hiervan gebruik te maken, konden de auteurs de bijdrage van het zwarte gat en de straling van het hete gas afzonderlijk analyseren.
Met de vroege waarnemingen van 'Chandra' in handen in 2009, ontdekten ze iets verbazingwekkends: een spectraallijn van 3,5 keV werd waargenomen, maar in de 'röntgenstralen' die door het gas werden uitgezonden, was het een stralingslijn en in de straling van een zwart gat - een lijn absorptie! Het bleek dat de Hitomi-telescoop de bijdrage van twee bronnen mengde, waardoor de lijnen elkaar compenseerden en daarom niet werden waargenomen. De onderzoekers verifieerden dit door de juiste berekeningen uit te voeren.
Maar hoe komt het dat astronomen, als ze 'rechtstreeks in de ogen' van een zwart gat kijken, de absorptie van quanta detecteren met een energie van 3,5 keV, en een gas waarnemen dat ver genoeg ervan verwijderd is, ze straling opvangen in de vorm van deze quanta?
Dit fenomeen is al lang bekend bij specialisten die met optische telescopen werken. Stel je een ster voor die van ons wordt afgeschermd door een gaswolk. Gas neemt quanta van een bepaalde energie op en straalt deze onmiddellijk opnieuw uit. Maar deze straling vindt plaats in alle richtingen: terug naar de ster, loodrecht op de "ster-waarnemer" -lijn (de zichtlijn, zoals experts zeggen), enzovoort. Als we dus rechtstreeks naar de ster kijken, vinden we een absorptielijn, aangezien een deel van de kwanta die door de ster met deze energie wordt uitgezonden, ons niet zal bereiken.
Nu wenden we ons trots af van de ster en richten onze blik op dat deel van de wolk, dat ‘opzij’ ervan is. Deze gasatomen absorberen ook de straling van de ster en zenden deze ook opnieuw uit. Maar deze keer zien we het licht van de ster zelf niet, het verspreidt zich onder een grote hoek met de gezichtslijn. Maar we zien dat deel van het geabsorbeerde licht dat het gas in onze richting zal uitzenden (het straalt immers gelijkmatig licht in alle richtingen uit). Als we daarom naar deze "zij" -gebieden van het gas kijken, zullen we een stralingslijn zien!
Alles, zo lijkt het, is geweldig. En de omgeving van het superzware zwarte gat zendt inderdaad quanta uit met een energie van 3,5 keV, evenals quanta van vele andere energieën uit een groot bereik. Maar om het zojuist beschreven beeld te reproduceren, moeten we aannemen dat er in de wolk van heet gas rond de melkweg iets is dat quanta van deze specifieke energie absorbeert en ze vervolgens opnieuw uitstraalt. En, zoals hierboven vermeld, kan gewone substantie dit gewoon niet!
Dus het is nog steeds donkere materie? Conlon en zijn collega's denken van wel. Ze ontwikkelden zelfs hun eigen model van deze mysterieuze stof die dit gedrag reproduceert. De auteurs doen de variant van de fout echter nog niet buiten beschouwing. Latere studies zouden de kwestie eindelijk moeten verduidelijken.
