暗示暗物質存在的神秘X射線信號

原文標題：Puzzling X-rays point to dark matter

原文來自：ESA Posted: 2014. 6. 24

編譯：Melipal 審校：Linq （編譯版權所有，未經許可請勿轉載。）

天文學家使用ESA與NASA的高能望遠鏡，發現了誘人的線索，暗示宇宙中一種難以捉摸的成分——暗物質的存在。

英仙座星系團。（圖片版權：錢德拉的數據：NASA/CXC/SAO/E.Bulbul, et al.；XMM的數據：ESA）

雖然暗物質被認為是不可見的，也不會發射或者吸收光線，但可以通過它們的引力對宇宙中其他天體（如恆星或星系）的運動和外觀的影響來探測它們。

基於這些間接的證據，天文學家認為，暗物質是宇宙中最主要的物質成分，不過它仍舊是難以理解的。

現在通過研究星系團（也就是宇宙中被引力束縛的最大物質結構），人們可能找到了一條線索。

星系團不僅含有數百個星系，還含有充斥在星系之間的大量熱氣體。

然後對這些行星團的引力測量表明，星系與氣體只佔據了總質量的大約1/5，剩下的據信就是暗物質了。

氣體的主要成分是氫，它們的溫度超過了1000萬攝氏度，熱得足以發出X射線輻射了。其他的痕量元素產生了特定波長額外的X射線「譜線」。

通過考察ESA的XMM-牛頓空間望遠鏡以及NASA的錢德拉X射線天文台對73個星系團特徵譜線的觀測，天文學家困惑地看到了一有趣的暗線，人們從來沒有在這一波長上看到過它。

相關論文的第一作者、美國馬薩諸塞州坎布里奇（Cambridge）哈佛—史密松天體物理中心的埃斯拉·巴爾巴爾（Esra Bulbul）博士說：「如果這個奇怪的信號是氣體中的已知元素產生的，它會在其他已知的X射線波長上留下其他信號，但是我們沒有看到這樣的信號。

「因此我們轉而尋求已知常規物質之外的解釋。」

來自英仙座星系團的神秘信號（圖片版權：NASA/CXC/SAO/E.Bulbul, et al.）

天文學家提出，這樣的輻射可能是由於某種奇異的亞原子粒子「惰性中微子」衰變產生的，理論預言了這種粒子的存在，但它們從來沒有被探測過。

普通的中微子是質量很輕的粒子，只通過所謂的弱合理以及引力偶爾與其他物質發生相互作用。惰性中微子據信只通過引力與普通物質發生相互作用，這樣它們就成了暗物質可能的候選對象。

巴爾巴爾博士說：「如果對新觀測的解釋是正確的，那麼星系團中至少一部分的暗物質應該由惰性中微子組成。」

被測星系團分布在很寬的距離範圍內，從上億光年到數十億光年不等。神秘的暗弱信號是通過結合對星系團的多次觀測數據發現的，另外在英仙座星系團（一個鄰近的龐大星系團）的一張圖像中也發現了這個信號。

這一發現帶來的結果可能是深遠的，不過研究者很謹慎。在確認與暗物質的關聯之前，使用XMM-牛頓、錢德拉以及其他望遠鏡對更多的星系團進行進一步觀測是必要的。

ESA的XMM-牛頓任務科學家諾伯特·沙特爾（Norbert Schartel）評論說：「XMM-牛頓望遠鏡的大型數據存檔以及該望遠鏡在不同波段採集大量X射線信號的能力讓發現這種奇怪的X射線信號成為了可能，最終讓人們發現了這一前所未知的譜線。

「如果能夠證實XMM-牛頓幫助我們發現了第一條暗物質的直接證據，將是非常激動人心的。

「我們還沒有達到這個目標，不過一旦達到，我們必然會了解到許多關於奇異宇宙成分的信息。」

參考文獻：《在星系團的疊合X射線光譜中發現了未知發射線》，E·巴爾巴爾等人，《天體物理學報》，2014年7月1日

（全文完）