Ловцы темной материи нашли подозрительный рентгеновский сигнал

Две независимые группы исследователей обнаружили в рентгеновском спектре галактических скоплений линию излучения неизвестного происхождения. По одной из версий, она может быть результатом распада одной из гипотетических разновидностей частиц темной материи, так называемых стерильных нейтрино. Оба исследования выложены в архиве Корнельского университета, кратко о них пишут Элементы и New Scientist.

Первое исследование выполнено сотрудниками американского Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, вторая работа сделана астрофизиками из Украины, Голландии и Швейцарии. Обе группы анализировали данные европейского рентгеновского телескопа XMM-Newton.

В ходе анализа американские астрономы провели усреднение рентгеновского спектра по 73 ярким галактическим скоплениям. Усреднение позволило существенно увеличить количество данных для статистической обработки и избавиться от индивидуальных особенностей разных скоплений. Кроме того, оно позволило исключить систематические шумы детекторов (спектры разных галактик из-за разного красного смещения складывали только после частотной подгонки, которая размывает возможные шумы).

В полученных данных ученые обнаружили пик излучения с энергией 3,57 килоэлектронвольт. Происхождение этого пика не известно — ни в одном известном химическом элементе нет электронного перехода с такой энергией. Два детектора (PN и MOS) телескопа XMM-Newton зафиксировали этот пик независимо друг от друга. При этом статистическая значимость пика в данных каждого из приборов достигает довольно высоких трех-четырех сигма (в физике элементарных частиц принято считать «доказательной» значимость в пять сигма).

Вторая группа исследователей провела подобный анализ только на двух галактических кластерах, без усреднения спектров. Объектами исследования стали скопление Персея и туманность Андромеды, причем в обоих случаях ученые независимо обнаружили неидентифицированный пик. Его энергия составила 3,52 килоэлектронвольт при достоверности в 4,4 сигма. Авторам удалось также приближенно показать, что распределение интенсивности пика скорее напоминает распределение темной материи, а не межгалактического газа.

По словам ученых, источником обнаруженного излучения может быть распад так называемых стерильных нейтрино. Это гипотетические тяжелые нейтрино, которые не участвуют ни в каких взаимодействиях помимо гравитационных, но могут очень редко распадаться на обычное нейтрино и фотон. Если обнаруженный пик действительно имеет такое происхождение, то энергия стерильного нейтрино должна составить 7,1 электронвольт, что не противоречит современным представлениям о темной материи. Это не может служить доказательством происхождения сигнала, но, очевидно, стимулирует поиск «необъяснимого» пика в данных других рентгеновских телескопов: Chandra, Suzaku и будущем Astro-H.

Сейчас проводится множество экспериментов по поиску гипотетических частиц темной материи, ни один из которых не дал пока положительных результатов. На роль кандидатов, помимо стерильных нейтрино, претендуют ВИМПы, аксионы и темные фотоны, — частицы, имеющие очень разную предсказанную массу.