La misteriosa materia oscura non è visibile attraverso telescopi di qualsiasi portata. Si manifesta solo come effetto gravitazionale sulla materia ordinaria. Questa triste verità sembra dover essere riconsiderata. Per la gioia degli scienziati.
In un lontano ammasso di galassie, qualcosa sta assorbendo e riemettendo raggi X di una certa energia. E questo qualcosa non può essere una sostanza ordinaria. Questa conclusione è contenuta in uno studio pubblicato da un gruppo di ricerca guidato da Joseph P. Conlon dell'Università di Oxford. Il lavoro è disponibile sul sito di preprint arXiv.org.
Secondo il comunicato stampa della ricerca, questa storia poliziesca è iniziata nel 2014. Poi un team scientifico guidato da Ezra Bulbul (Esra Bulbul) dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge ha scoperto uno strano fenomeno. L'emissione di raggi X dall'ammasso di galassie noto come Ammasso Perseo ha mostrato una linea di emissione spettrale con un'energia di 3,5 keV. Il risultato è stato ottenuto utilizzando gli strumenti dei telescopi XMM-Newton e Chandra. La stessa linea è stata trovata nella radiazione di altri 73 ammassi di galassie registrati dal telescopio XMM-Newton.
Appena una settimana dopo la pubblicazione di questo risultato, un altro gruppo guidato da Alexey Boyarsky dell'Università di Leida nei Paesi Bassi ha riferito di aver osservato la stessa linea nell'emissione della galassia M31 e ai margini dell'ammasso Perseus sullo stesso strumento XMM-Newton.
Nessun processo astrofisico noto porta alla formazione di una tale linea. Pertanto, gli astronomi hanno suggerito di avere a che fare con la radiazione della misteriosa materia oscura.
Molti astronomi hanno provato a replicare queste osservazioni, ma la linea misteriosa è stata trovata e poi no. Ciò ha portato gli scettici a ipotizzare che gli scienziati stessero riscontrando un errore nel funzionamento dello strumento o nell'elaborazione dei dati.
Nel 2016, il nuovo telescopio giapponese Hitomi, appositamente progettato per osservare le linee spettrali dei raggi X, non è stato in grado di rilevare la linea di 3,5 keV nella radiazione dell'ammasso Perseo. Sembrava che la questione fosse finalmente chiusa. Ma quello era solo un altro colpo di scena.
La squadra di Conlon ha notato che le immagini di Hitomi erano molto meno nitide di quelle di Chandra. Pertanto, nell'immagine dell'ammasso Perseo, il segnale proveniente da due sorgenti era misto: radiazione di gas caldo situato attorno a una galassia massiccia al centro dell'ammasso e luce proveniente dalle vicinanze di un buco nero supermassiccio al centro di questa stessa galassia.
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Immagini più chiare di Chandra permettono di discernere il contributo di queste fonti. Approfittando di ciò, gli autori hanno potuto analizzare separatamente il contributo del buco nero e la radiazione del gas caldo.
Avendo tra le mani le prime osservazioni di "Chandra" fatte nel 2009, hanno scoperto una cosa sorprendente: è stata osservata una linea spettrale di 3,5 keV, ma nei "raggi X" emessi dal gas, era una linea di radiazione, e nella radiazione di un buco nero - una linea assorbimento! Come si è scoperto, il telescopio Hitomi ha mescolato il contributo di due fonti, di conseguenza, le linee si compensavano a vicenda e quindi non sono state osservate. I ricercatori lo hanno verificato eseguendo i calcoli appropriati.
Ma com'è che, guardando "direttamente negli occhi" un buco nero, gli astronomi rilevano l'assorbimento di quanti con un'energia di 3,5 keV e, osservando un gas sufficientemente lontano da esso, catturano la radiazione sotto forma di questi quanti?
Questo fenomeno è noto da tempo agli specialisti che lavorano con i telescopi ottici. Immagina una stella protetta da noi da una nuvola di gas. Il gas assorbe quanti di una certa energia e li irradia immediatamente nuovamente. Ma questa radiazione si verifica in tutte le direzioni: di nuovo alla stella, perpendicolare alla linea "stella - osservatore" (la linea di vista, come dicono gli esperti), e così via. Quindi, guardando direttamente la stella, troviamo una linea di assorbimento, poiché alcuni dei quanti emessi dalla stella con questa energia non ci raggiungeranno.
Ora ci allontaniamo con orgoglio dalla stella e volgiamo lo sguardo a quella parte della nuvola, che è "di lato". Questi atomi di gas assorbono anche la radiazione della stella e la riemettono. Ma questa volta non vediamo la luce della stella stessa, si diffonde ad un ampio angolo rispetto alla linea di vista. Ma vediamo quella parte della luce assorbita che il gas emetterà nella nostra direzione (dopotutto, emette luce in tutte le direzioni in modo uniforme). Pertanto, guardando queste regioni "laterali" del gas, vedremo una linea di radiazione!
Tutto, sembrerebbe, è meraviglioso. E la vicinanza di un buco nero supermassiccio emette effettivamente quanti con un'energia di 3,5 keV, così come quanti di molte altre energie da un'ampia gamma. Ma per riprodurre l'immagine appena descritta, dobbiamo supporre che nella nuvola di gas caldo intorno alla galassia ci sia qualcosa che assorbe i quanti di questa particolare energia e poi li irradia nuovamente. E, come accennato in precedenza, le sostanze ordinarie semplicemente non possono farlo!
Quindi è ancora materia oscura? Conlon ei suoi colleghi la pensano così. Hanno persino sviluppato il proprio modello di questa misteriosa sostanza che riproduce questo comportamento. Tuttavia, gli autori non scartano ancora la variante dell'errore. Studi successivi dovrebbero finalmente chiarire la questione.
