神秘X射线消失：暗物质是否存在？

HgauPlkY

这种神秘的x射线信号原本可用于提供暗物质存在的证据，它的消失也如它的探测功能一样，引起了较大争论。

银河周围的暗物质衰变之时，会随之释放x射线。以此，科学家可探测到该种明亮的球状光晕释放物。

戴瑟（C. Dessert），罗德（N. Rodd），赛费（B. Safdi）以及罗斯特曼（Z. Rostomian）使用费米大面积物理天文望远镜，花费一整年的时间观测太空，却无所获。

但他们并没有空手而归，这个团队所得出的“无效结果”至少可以排除有关暗物质的其中一个可能性 。

密歇根大学的克里斯托芬和他的同事致力于寻找一种微弱的x射线信号。这种信号在2014年被哈佛-史密松天体物理中心(Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian)的埃斯特拉（Esra Bulbul）,以及莱顿大学的亚历克斯（Alexey Boyarsky）和他们的团队所发现，但这种信号鲜有相关解释。

由于其他观测目标都没有类似的结果产生，因此这种发现也一度引起较大争议。信号首次探测到是在星系团中心，这种充满能量的神秘X射线信号大约有3500电子伏特。这之后，通过不同的X射线天文望远镜，在包括银河在内的多个天文目标的探测中都能发现这种信号的踪迹。

有些人怀疑暗物质储备物--惰性中微子衰变时会产生X射线光子，每7 keV 惰性中微子会产生3.5 keV光子 和一个普通中微子。另外一些人认为暗物质的解释简直就是不可理喻的。Dessert和他的物理学家伙伴们在《科学》上表明，已经检测了上百次银河系的观察图像，都没有3.5 keV信号的迹象。问题来了，他们的结论站得住脚吗？

宇航员们已经发现了在英仙座的X光光谱和其他星系团中存在未知来源的迹象。（已经展示在这）银河的最新观测结果中没有迹象显示，但是缺失与检测结果一样有争论性。
凝视着茫茫天空

为了勘测难以捉摸的X射线信号，Dessert和他的同事从XMM-牛顿卫星上的X射线摄像机拍摄图像中参考了752张观测结果，且只选择来自银河系中心的5°至45°的空旷区域（blank-sky 观测），其中含有银河系光环。综合起来，这些观测结果相当于一年的曝光时间。

“事实证明，银河系的光环应该是天空中衰变的暗物质里最亮的物体之一，”Dessert表示。“虽然英仙座星系团的暗物质要大得多，且距离有数百万光年，但事实证明，（来自英仙座和银河系）的信号大小大致相同。"

Dessert和他的同事同时研究数百个观测结果，将分析限制于极小的能量范围（3.3 keV和3.8 keV之间）。他们没有发现3.5 keV信号的迹象。此外，通过计算他们应该根据暗物质模型接收多少X射线，研究小组能够消除7 keV惰性中微子作为暗物质粒子储备物——他们表示，如果存在，就会被观测到。无论是不是来自遥远星系团发出的信号——更无论是真实还是混杂的的背景噪音——它都不存在于银河晕中。
宇宙背景全关联


然而，此种信号的缺少激起了原始设备的众多争议。迪涩特和其他物理学家曾经使用该技术分析的X射线数据违背了天文学家的经验。

梳理来自宇宙背景的X射线信号要求理解宇宙背景是何物。一个背景来源是真实的宇宙来源，该来源的X射线可能隐藏一个暗物质信号。另一个宇宙背景来源是由于银河系宇宙射线与太阳风粒子和宇宙望远镜及其设备相互影响而产生的“伪”X射线。粒子可以产生佯装成宇宙X射线来源的信号。博博说：“对于研究者，估判和消除粒子引起的背景（如：仪器背景）是最具挑战性的。”

银河系的研究初探有一个非常微弱的宇宙背景。迪涩特认可说，这是由于没有考虑假定暗物质信号干扰下的大量宇宙X射线。但是，博博认可研究者很好得匹配了粒子背景。他说：“多镜面X射线空间望远镜的设备背景是它的剧变性导致难以处理。”

博雅思盖，未被近期的研究涉及的博博类学者，甚至提高了这种风险。他说他检测到3.5千电子伏特的信号，高度可信为银河系同一个多镜面X射线空间望远镜的一个子集信号。（他的工作至今未发表，但可在arXiv预印论文网站查阅。）同时，他说，5篇其他已发表的论文也已经检测到银河系的3.5千电子伏特的信号。

“不同的是我们模拟的背景范围较宽（从2000到6000电子伏特）“，博雅思盖说，”迪涩特和他的同事们模拟了一个大约500电子伏特的窗口。为什么？我不知道。“通过分析如此窄的能量范围，博雅思盖认可，迪涩特和同事们已经放弃了他们自己的分析。”我所了解的大多数X射线天文学家同意这些结论“，他补充道。

“这篇论文里用到的统计方法对于X射线天文学领域来说是比较新的，所以这种方法在一些研究者中引起了困惑。”论文共同作者尼古拉斯·罗德如是说（加州大学伯克利分校）。“也就是说，这不是一个新想法。实际上，这种方法在大型强子对撞机上寻找伽马射线数据线或狭窄特征时，是被严格测试和广泛使用的。”

“当然，如果你使用一个窄的能量范围，你需要一个合适的统计方法。”罗德解释道。“我们的方法（称为曲线似然法）解释了这一点。”

下一步是什么？

“我们开发的技术是目前为止探测暗物质衰减期最灵敏的技术”，德塞尔说道。“并且我们将来一定会再次使用这种方法。物理学家们打算延伸他们的分析以寻找其他能量的暗物质候选者”

然而，当谈论到3.5keV信号时，布尔认为目前的仪器已经尽力了。 “在一项新技术进入太空之前，我们无法确定信号的源头，”她说。“好消息是我们快找到了。”

2019年10月一个新的X射线望远镜EROSITA的七个反射模块被发射。刚刚发射的EROSITAX射线望远镜已经在收集星系团的数据，这些数据将用于测试3.5kev信号的存在和起源。布尔补充说道“当我们（用EROSITAX）得到第一个结果时，X射线成像和光谱学任务（XRISM）将启动。” XRISM将在2022年发射，同时它将会携带高分辨率热量计用以对信号进行精确测量，从而永远地解决争论。

相关知识

暗物质是一种物质形式，大约占宇宙物质质量的85%，占宇宙能量能量密度的1/4。大量的天文观测结果都暗示了它的存在。包括因缺少更多被检测到的物质，而尚不能被现有的万有引力理论所解释的重力效应。 因此，多数专家都认为暗物质在宇宙中大量存在，它对结构组成和进化都有很大影响。暗物质之所以被称为“暗”，是因为它并不会出现与可被观测到的电磁辐射（比如光）耦合，因此它无法被现有天文器械所探测到。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.MONICA YOUNG，离亭，BlitheLove，Na，ctbuvrvindyvvg

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处


原文地址：今日头条