Dunkle Materie ist der Architekt einer großräumigen kosmischen Struktur und der Motor für die richtige Rotation von Galaxien. Es ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Physik unseres Universums - und dennoch wissen Wissenschaftler nicht, woraus es besteht. Die neuesten Daten von Planck legen nahe, dass die mysteriöse Substanz 26,2% des Kosmos ausmacht, was sie fast fünfeinhalb Mal häufiger als normale alltägliche Materie macht. Nun haben vier europäische Forscher angedeutet, dass sie möglicherweise eine Entdeckung in ihren Händen haben: ein Signal im Röntgenlicht, dessen Ursache nicht bekannt ist, und das möglicherweise auf eine lange gesuchte Wechselwirkung zwischen Partikeln hinweist - nämlich die Vernichtung der Dunkelheit Angelegenheit.
Wenn Astronomen ein Objekt am Nachthimmel wie einen Stern oder eine Galaxie untersuchen möchten, analysieren sie zunächst sein Licht über alle Wellenlängen. Auf diese Weise können sie schmale dunkle Linien im Spektrum des Objekts visualisieren, die als Absorptionslinien bezeichnet werden. Absorptionslinien entstehen, weil die Bestandteile eines Sterns oder einer Galaxie Licht bei bestimmten Wellenlängen aufnehmen und so verhindern, dass die meisten Photonen mit diesen Energien die Erde erreichen. In ähnlicher Weise können wechselwirkende Teilchen auch Emissionslinien im Spektrum eines Sterns oder einer Galaxie hinterlassen, helle Linien, die entstehen, wenn überschüssige Photonen über subatomare Prozesse wie Anregung und Zerfall emittiert werden. Wenn Wissenschaftler diese Emissionslinien genau betrachten, können sie normalerweise ein robustes Bild der Physik zeichnen, die an anderer Stelle im Kosmos vor sich geht.
Aber manchmal finden Wissenschaftler eine Emissionslinie, die rätselhafter ist. Anfang dieses Jahres identifizierten Forscher des Labors für Teilchenphysik und Kosmologie (LPPC) in der Schweiz und der Universität Leiden in den Niederlanden einen Energieüberschuss im Röntgenlicht, der sowohl von der Andromeda-Galaxie als auch vom Perseus-Sternhaufen stammt: einer Emissionslinie mit einer Energie um 3,5 keV. Kein bekannter Prozess kann diese Zeile erklären. es stimmt jedoch mit Modellen der Theorie überein steriles Neutrino - Ein Teilchen, von dem viele Wissenschaftler glauben, dass es ein Hauptkandidat für dunkle Materie ist.
Die Forscher glauben, dass diese seltsame Emissionslinie aus der Vernichtung oder dem Zerfall dieser Teilchen der dunklen Materie resultieren könnte, ein Prozess, von dem angenommen wird, dass er Röntgenphotonen freisetzt. Tatsächlich schien das Signal in den dichtesten Regionen von Andromeda und Perseus am stärksten zu sein und sich zunehmend vom Zentrum weg zu verbreiten, eine Verteilung, die auch für dunkle Materie charakteristisch ist. Darüber hinaus fehlte das Signal in den Beobachtungen des Teams über den tiefen, leeren Raum, was bedeutet, dass es sich um ein reales und nicht nur ein instrumentelles Artefakt handelt.
In einem Vordruck ihrer Arbeit betonen die Forscher sorgfältig, dass das Signal selbst nach wissenschaftlichen Maßstäben schwach ist. Das heißt, sie können nur zu 99,994% sicher sein, dass es sich um ein echtes Ergebnis handelt und nicht nur um eine unerwünschte statistische Schwankung, ein Vertrauensniveau, das als 4 bekannt istσ. (Der Goldstandard für eine Entdeckung in der Wissenschaft ist 5σ: ein Ergebnis, das mit 99,9999% iger Sicherheit als „wahr“ deklariert werden kann) Andere Wissenschaftler sind sich nicht so sicher, ob dunkle Materie eine so gute Erklärung ist. Nach Vorhersagen, die auf Messungen des Lyman-Alpha-Waldes basieren, dh des spektralen Musters der Wasserstoffabsorption und der Photonenemission in sehr weit entfernten, sehr alten Gaswolken, sollte jedes Teilchen, das angeblich dunkle Materie ist, eine Energie über 10 keV haben - mehr als die doppelte Energie dieses letzten Signals.
Wie immer ist das Studium der Kosmologie voller Geheimnisse. Ob sich herausstellt, dass diese bestimmte Emissionslinie ein Beweis für ein steriles Neutrino (und damit für dunkle Materie) ist oder nicht, es scheint ein Signal für einen physikalischen Prozess zu sein, den Wissenschaftler noch nicht verstehen. Wenn zukünftige Beobachtungen die Sicherheit dieser Entdeckung auf die 5 erhöhen könnenσAuf diesem Niveau werden Astrophysiker noch ein weiteres Phänomen zu berücksichtigen haben - eine aufregende Aussicht, unabhängig vom Endergebnis.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in Physical Review Letters aufgenommen und werden in einer kommenden Ausgabe veröffentlicht.
