英仙座星系团的神秘X射线信号指向暗物质

2014年，一组天体物理学家报告了从英仙座星系发现的X射线光线中不寻常的发射线，这是一群离地球2.4亿光年的星系。对这种检测和后续观察的新解释可以提供对令人费解的信号的解释。如果在将来的观察中得到证实，这可能是向了解构成宇宙中约85%物质的神秘不可见物质的性质迈出的重要一步。

“我们希望我们的结果要么非常重要，要么非常重要。当你在寻找科学中最大问题之一的答案时，我认为没有一个中间点，“牛津大学研究员，该期刊发表论文的第一作者Joseph Conlon博士说。物理评论D(arXiv.org预印本)。

这项工作的故事开始于2014年，当时哈佛大学史密森学会的天文学家Esra Bulbul及其合着者在美国宇航局的钱德拉X射线观测到的英仙座星团的X射线光谱中发现了一条能量为3.5千电子伏特(keV)的奇怪发射线。天文台和欧空局的XMM-牛顿宇宙飞船。

3.5keV发射线的强度即使不是不可能，也很难根据先前观测到的或预测的天文物体特征来解释，因此提出了暗物质来源。

Bulbul博士及其同事还报告了在73个其他星系团的研究中存在3.5 keV线。

当莱顿大学研究员阿列克谢·博亚尔斯基领导的一个不同的小组报告了在仙女座星系和珀尔修斯群集的郊区的XMM-Newton观测中3.5 keV的发射线的证据时，这个暗物质故事情节变得更加浓厚，证实了之前的情况。结果。

然而，这两个结果是有争议的，其他天文学家后来在观察其他物体时检测到3.5 keV线，有些未能检测到它。

2016年，当JAXA的Hitomi卫星未能检测到Perseus群中的3.5 keV线路时，辩论似乎得到了解决。

“人们可能会认为，当Hitomi没有看到我们刚刚为这一调查线投入的3.5 keV线时，”牛津研究员Francesca Day博士说，他是当前研究的合着者。

“恰恰相反，这就像在任何好故事中一样，发生了一个有趣的情节扭曲。”

Conlon博士，Day博士及其同事指出，Hitomi的图像比Chandra要模糊得多，所以它在Perseus星团上的数据实际上是由来自两个来源的X射线信号的混合物组成的：热气体的扩散成分包围了聚集的中心星系和来自这个星系中超大质量黑洞附近的X射线发射。钱德拉更清晰的视野可以将这两个地区的贡献分开。

Bulbul等人通过从分析中去除点源来分离热气体中的X射线信号，包括来自超大质量黑洞附近材料的X射线

为了测试这种差异是否重要，Conlon博士的团队重新分析了2009年采用珀尔修斯集群中心附近黑洞的钱德拉数据。

他们发现了一些令人惊讶的东西：证明赤字而不是3.5 keV的过量X射线。这表明珀尔修斯群中的某些东西正在吸收这种精确能量的X射线。

当团队通过将这条吸收线添加到Chandra和XMM-Newton所见的热气体排放线来模拟Hitomi光谱时，他们发现在3.5 keV的X射线吸收或发射的总和光谱中没有证据，与瞳观察。

挑战在于解释这种行为：当以远离黑洞的较大角度观察热气体时，在观察黑洞时检测X射线的吸收和以相同能量发射X射线光。

实际上，这种行为对于用光学望远镜研究恒星和气体云的天文学家来说是众所周知的。

来自被云气体包围的恒星的光经常显示当特定能量的星光被气体云中的原子吸收时产生的吸收线。吸收将原子从低能态转变为高能态。随着特定能量的光的发射，原子迅速回落到低能态，但是光在所有方向上重新发射，在观察到的光谱中在特定能量(吸收线)处产生净光损失。这个明星。

相反，在远离恒星的方向上观察云将仅检测到特定能量的重新发射的或荧光，其将显示为发射线。

Conlon博士的团队在报告中建议，暗物质粒子可能就像原子一样，具有3.5 keV的两个能量状态。

如果是这样的话，当以接近黑洞方向的角度观察时，可以观察到3.5keV的吸收线，而当观察远离黑洞的大角度的簇热气体时，可以观察到发射线。

“这不是一幅简单的画面，但我们有可能找到一种方法来解释来自珀尔修斯的不寻常的X射线信号，并揭示暗物质实际上是什么，”共同作者博士说。尼古拉斯詹宁斯，也来自牛津大学。

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