Ενδείξεις ανίχνευσης σκοτεινής ύλης

Posted on 18/02/2014

0


(νεώτερη ενημέρωση 12-12-2014, προς το τέλος της ανάρτησης)

Σύμφωνα με το καθιερωμένο κοσμολογικό πρότυπο η γνωστή μας ύλη αποτελεί ένα μικρό ποσοστό του σύμπαντος

Σύμφωνα με το καθιερωμένο κοσμολογικό πρότυπο η γνωστή μας ύλη αποτελεί ένα μικρό ποσοστό του σύμπαντος

Συνήθως όταν αναφερόμαστε στη σκοτεινή ύλη ένα πέπλο μυστηρίου καλύπτει τα διάφορα εξωτικά (και άγνωστα) σωματίδια που την αποτελούν. Tα σωματίδια αυτά αναφέρονται με το περίεργο όνομα WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles – Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα).

Όμως μεταξύ των γνωστών σωματιδίων υπάρχει ένα σωματίδιο που θα μπορούσε να πει κανείς ότι γεννήθηκε για να συνεισφέρει στη σκοτεινή ύλη. Αυτό είναι το νετρίνο.

Ως υποψήφιο σωματίδιο σκοτεινής ύλης το νετρίνο έχει τα εξής πλεονεκτήματα:
(α) γνωρίζουμε ότι υπάρχει (β) αλληλεπιδρά ασθενώς με την ύλη και (γ) υπάρχει σε μεγάλη αφθονία στο σύμπαν.

Δυστυχώς, όμως τα τρία γνωστά νετρίνα από το καθιερωμένο πρότυπο αποτελούν ένα μικρό ποσοστό της ύλης του σύμπαντος, διότι σε διαφορετική περίπτωση οι δομές μεγάλης κλίμακας του σύμπαντος θα εξελίσσονταν με έναν τρόπο που δεν θα συμφωνούσε με τις παρατηρήσεις μας.

Όμως τα πράγματα θα άλλαζαν ραγδαία, αν υπήρχαν νετρίνα πέραν του καθιερωμένου προτύπου, που δεν αλληλεπιδρούν με τα μποζόνια W και Ζ, τα λεγόμενα στείρα (sterile) νετρίνα.
Ένα τέτοιο νετρίνο είναι καλός υποψήφιος για σκοτεινή ύλη αν η μάζα του είναι κάποια KeV και διαθέτει τον κατάλληλο χρόνο ζωής.

Σύμφωνα με τη θεωρία ένα στείρο νετρίνο όταν διασπάται παράγει ένα φωτόνιο συγκεκριμένης ενέργειας. Αυτό οφείλεται στην μείξη του με τα γνωστά νετρίνα του καθιερωμένου προτύπου. Το ενδιαφέρον σημείο στην θεωρία που περιγράφει την ανάμιξη και τις ταλαντώσεις αυτών των νετρίνων είναι ότι όταν το στείρο νετρίνο είναι αρκετά ελαφρό και η ανάμειξη είναι αρκετά μικρή τότε αυτό θα ήταν ένας καλός υποψήφιος σκοτεινής ύλης. Επιπλέον, θα μπορούσε σε μια από τις πιθανές του διασπάσεις να προκύπτει ανιχνεύσιμο φωτόνιο.

Μάλιστα, το απλούστερο μοντέλο σκοτεινής ύλης με στείρα νετρίνα βαρύτερα από 50 keV θα μπορούσε να παράξει μια τόσο μεγάλη ροή φωτονίων που απορρίπτεται. Έτσι το επιτρεπτό εύρος μάζας των νετρίνων είναι μεταξύ 1 έως 50 keV. Τα εκπεμπόμενα μονοχρωματικά φωτόνια θα μπορούσαν να παρατηρηθούν από διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων Χ όπως XMM-Newton, Chandra και Suzaku.

Και πράγματι πριν από μερικές ημέρες εμφανίστηκε μια μελέτη σύμφωνα με την οποία ανιχνεύθηκαν τέτοιου είδους φωτόνια από το τηλεσκόπιο XMM-Newton, τα οποία θα μπορούσαν να προέρχονται από νετρίνα της σκοτεινής ύλης.

Στην εργασία των ερευνητών Esra Bulbul et al με τίτλο «Detection of An Unidentified Emission Line in the Stacked X-ray spectrum of Galaxy Clusters» πραγματοποιήθηκε η ανάλυση των φασμάτων ακτίνων Χ που εκπέμπονται από γαλαξιακά σμήνη. Η ανάλυσή τους αποκαλύπτει την παρουσία μιας μονοχρωματικής γραμμής φωτονίων ενέργειας 3,6 keV.

neutrinos

Το διάγραμμα (όπως και το παρακάτω) είναι από την εργασία των ερευνητών Esra Bulbul et al

Kαι με τη σειρά της αυτή η ασθενής μονοχρωματική γραμμή των ανιχνευθέντων φωτονίων, θα μπορούσε να ερμηνευθεί ως ένδειξη της ύπαρξης υποψήφιου σωματιδίου για σκοτεινή ύλη, ενός νετρίνο ενέργειας 7 keV.
sterile neutrino
Σύμφωνα με τους ερευνητές αυτή η ένδειξη του ασθενούς σήματος στα 3.56 keV και οι αβεβαιότητες που εμπεριέχει απαιτεί επιβεβαίωση και από τα τηλεσκόπια ακτίνων Χ Chandra και Suzaku.

Διαβάστε σχετικά: Σύγχυση σχετικά με την ανίχνευση σκοτεινής ύλης

=======================

(νεώτερη ενημέρωση 18-2-2014)
…. και μια δεύτερη ανάλυση των δεδομένων από τους ερευνητές Boyarsky et al δείχνει επίσης ένα ασθενές σήμα φωτονίων περίπου 3,5 keV, που προέρχεται από δύο διαφορετικές περιοχές του διαστήματος, από τον γαλαξία της Ανδρομέδας και από το γαλαξιακό σμήνος του Περσέα:

sterile neutrino1

Διάγραμμα από την εργασία των Boyarsky et al με τίτλο «An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster«

Πηγές: resonaances – http://arxiv.org/abs/1402.2301 – http://arxiv.org/pdf/1402.4119v1.pdf

===============================
(προσθήκη 12-12-2014)
Βίντεο: Ερευνητές ανίχνευσαν πιθανό σήμα από σκοτεινή ύλη

Ενόψει της επίσημης δημοσίευσης της εργασίας των Boyarsky et al με τίτλο «An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster» στο περιοδικό «Physical Review Letters», κυκλοφόρησε το παρακάτω ενημερωτικό βίντεο:

Διαβάστε επίσης: Did we just find dark matter? και «Questioning a 3.5 keV dark matter emission line«

Ετικέτα: