来自神秘暗物质的x射线发射

星系团

这是一个由两个大星系团碰撞而形成的星系团的合成图像。炽热的x射线发射气体显示为粉红色,暗物质(从其引力影响推断)显示为蓝色。天文学家利用钱德拉x射线档案数据来限制宇宙中神秘的暗物质是由惰性中微子组成的可能性。
学分:x射线:NASA /科学家CfA / M。Markevitch et al。光学:NASA /太空望远镜科学研究所;麦哲伦/ U.Arizona / D。克洛et al。透镜地图:NASA /太空望远镜科学研究所;ESO注射用水;麦哲伦/ U.Arizona / D。克洛等。)

据我们所知,宇宙中大约85%的物质既不发光,也不发出任何其他已知的辐射,因此被称为暗物质。它的另一个值得注意的特性是它只通过引力与其他物质相互作用;例如,它不携带电磁电荷。暗物质也被称为“黑暗”,因为它是神秘的。它不是由原子或它们通常的组成部分(如电子和质子)或任何其他已知的基本粒子组成的。

由于暗物质是宇宙中物质的主要组成部分,它的分布和引力对星系结构的演化以及宇宙微波背景辐射的分布产生了深远的影响。事实上,独立于星系和微波背景这两种完全不同的宇宙结构得出的关键宇宙参数值(如宇宙膨胀率)之间的显著一致,为需要暗物质扮演重要角色的大爆炸模型提供了依据。

物理学家们试图想象一种与已知的宇宙规律相一致的新粒子来解释暗物质,但到目前为止还没有得到证实。一种诱人的新粒子是所谓的“惰性中微子”。

目前已知的中微子有三种类型。它们都通过引力和弱力(自然界四种力中最弱的一种)与物质相互作用。它们最初都被认为没有质量,就像光子一样,但大约20年前,物理学家发现它们确实有轻微的质量——大约是电子质量的一百万分之一,但仍然足以对物理学所谓的标准粒子模型提出致命的问题。

一种可能的解决办法是存在一个更大质量的中微子,可能是它的1000倍大,被称为“惰性中微子”,因为它不会通过弱力相互作用。它从未被发现过。

天文学家意识到,如果暗物质是由惰性中微子组成的,那么当这些粒子偶尔衰变时,它们可以发射出可探测到的x射线光子。大约七年前,x射线天文学家报告说,他们发现了一个奇怪的、微弱的x射线光谱发射特征,它来自暗物质普遍存在的星系团。他们认为这一特征可能是惰性中微子的特征。

在随后的几年里,人们多次尝试确认这一发现,或将其归因于仪器或其他非天文效应,但结果好坏参半。非洲金融共同体天文学家Esra Bulbul和Francesca Civano以及他们的同事现在已经完成了对钱德拉x射线天文台数据的广泛档案研究,寻找这一难以捉摸的特征。

他们没有发现,但他们的新分析——与最近发表的其他研究结果一致——在某些假设下,对公认的惰性中微子可能的衰变特性的限制更大,甚至达到了2倍,但不能完全排除它。

参考:“探索银河系《3.5 keV线的暗物质光晕》作者:Dominic Sicilian, Nico Cappelluti, Esra Bulbul, Francesca Civano, Massimo Moscetti和Christopher s . Reynolds, 2020年12月23日《天体物理学杂志》上
1538 - 4357 . DOI: 10.3847 / / abbee9

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