Οι φυσικοί τσακώνονται για τον νέο ισχυρισμό της σκοτεινής ύλης
Για δεκαετίες, οι αστροφυσικοί πίστευαν ότι κάποιο είδος αόρατης σκοτεινής ύλης πρέπει να διαπερνά τους γαλαξίες και να τους κρατά ενωμένους, αν και η φύση της παραμένει μυστήριο. Τώρα, τρεις φυσικοί ισχυρίζονται ότι οι παρατηρήσεις τους σε κενά σημεία του ουρανού αποκλείουν μια πιθανή εξήγηση της παράξενης ουσίας - ότι αποτελείται από ασυνήθιστα σωματίδια που ονομάζονται στείρα νετρίνα. Αλλά άλλοι υποστηρίζουν ότι τα δεδομένα δεν δείχνουν κάτι τέτοιο.
«Νομίζω ότι για τους περισσότερους ανθρώπους στην κοινότητα αυτό είναι το τέλος της ιστορίας», λέει ο συγγραφέας της μελέτης Benjamin Safdi, ένας αστροσωματιδιακός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Michigan, Ann Arbor. Αλλά ο Kevork Abazajian, ένας θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Irvine, λέει ότι η νέα ανάλυση είναι πολύ εσφαλμένη. «Για να είμαι ειλικρινής, αυτή είναι μια από τις χειρότερες περιπτώσεις συλλογής δεδομένων που έχω δει», λέει. Σε αδημοσίευτο έργο, μια άλλη ομάδα κοίταξε παρόμοια σημεία του ουρανού και είδε το ίδιο σημάδι αποστειρωμένων νετρίνων που διέφευγε ο Safdi.
Οι αστροφυσικοί πιστεύουν ότι κάθε γαλαξίας σχηματίζεται και κατοικεί μέσα σε μια τεράστια συστάδα ή «φωτοστέφανο» σκοτεινής ύλης, όπως το λάκκο σε ένα ροδάκινο. Η βαρύτητα της αόρατης ουσίας βοηθά στην αποτροπή των εσωτερικών αστεριών από το να πετάξουν στον κενό χώρο. Οι θεωρητικοί φυσικοί έχουν ονειρευτεί πολυάριθμα υποθετικά σωματίδια που μπορεί να συνθέτουν τη σκοτεινή ύλη, ανάμεσά τους ξαδέρφια με σχεδόν χωρίς μάζα, μόλις ανιχνεύσιμα υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα, τα οποία αναβλύζουν από τον Ήλιο και τους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Τα σωματίδια που συνθέτουν τη σκοτεινή ύλη θα ήταν υποθετικά «στείρα» νετρίνα, βαρύτερα και ακόμη πιο άπιαστα. Ένα συνηθισμένο νετρίνο μπορεί να αλληλεπιδράσει με έναν ατομικό πυρήνα. Τα στείρα νετρίνα θα αλληλεπιδράσουν μόνο με άλλα νετρίνα, τα οποία προκύπτουν όταν ένα συνηθισμένο νετρίνο μεταμορφώνεται σε στείρο μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ανάμειξη νετρίνων.
Η ιδέα ότι τα στείρα νετρίνα μπορεί να συνθέτουν τη σκοτεινή ύλη ενισχύθηκε το 2014. Οι παρατηρήσεις των κοντινών γαλαξιών και του κέντρου του Γαλαξία μας αποκάλυψαν μια αμυδρή λάμψη ακτίνων Χ με συγκεκριμένη ενέργεια, 3,5 κιλο-ηλεκτρονιοβολτ (keV). Αυτή η λάμψη θα ήταν αναμενόμενη εάν στείρα νετρίνα με μάζα 7 keV διαπερνούσαν τους γαλαξίες. Πολύ σπάνια, ένα στείρο νετρίνο θα διασπαστεί σε ένα συνηθισμένο νετρίνο και μια ακτινογραφία, η οποία θα είχε ενέργεια ίση με το ήμισυ της μάζας του στείρου νετρίνου.
Αλλά μια νέα ανάλυση αστρονομικών παρατηρήσεων δείχνει ότι η ενδεικτική λάμψη δεν μπορεί να προέλθει από τη σκοτεινή ύλη, αναφέρουν σήμερα ο Safdi και οι συνεργάτες του στο Scite . Εξέτασαν δεδομένα όχι από μακρινούς γαλαξίες, αλλά από κενά σημεία του ουρανού ανάμεσα στα αστέρια σε περισσότερες από 4000 αρχειακές εικόνες που τραβήχτηκαν από το XMM-Newton, ένα διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ που εκτοξεύτηκε το 1999 από την Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία. Εάν ο δικός μας γαλαξίας βρίσκεται μέσα σε ένα τεράστιο σύννεφο αποστειρωμένων νετρίνων, τότε το τηλεσκόπιο πρέπει να κοιτάζει μέσα από αυτό το σύννεφο—και ο ουρανός ανάμεσα στα αστέρια θα πρέπει επίσης να λάμπει αμυδρά με ακτίνες Χ 3,5 keV.
Η ομάδα του Safdi δεν βρήκε κανένα σημάδι τέτοιας λάμψης. Η μη εμφάνιση υποδηλώνει ότι η λάμψη σε μακρινούς γαλαξίες δεν προέρχεται από τη σκοτεινή ύλη, αλλά από κάποια πιο συνηθισμένη πηγή, όπως το ζεστό αέριο, λέει ο Safdi.
Ο Alexey Boyarsky, θεωρητικός αστροσωματιδίων στο Πανεπιστήμιο του Leiden, δεν πείθεται. «Νομίζω ότι αυτό το χαρτί είναι λάθος», λέει. Ο Boyarsky λέει ότι αυτός και οι συνάδελφοί του πραγματοποίησαν μια παρόμοια, αδημοσίευτη ανάλυση το 2018, χρησιμοποιώντας επίσης εικόνες από το XMM-Newton, και είδαν μια λάμψη 3,5 keV από τον άδειο ουρανό, που μόλις αναμενόταν να κοιτάξει μέσα από ένα φωτοστέφανο αποστειρωμένων νετρίνων.
Πώς βλέπουν δύο ομάδες τα ίδια δεδομένα και καταλήγουν σε αντίθετα συμπεράσματα; Η διαφορά έγκειται στις μεθόδους τους, λέει ο Boyarsky. Επειδή ο γαλαξίας μας είναι γεμάτος με ένα λεπτό ιονισμένο αέριο, ο ουρανός εκπέμπει ακτίνες Χ, οι οποίες μπορούν να κορυφωθούν ως συγκεκριμένες ενέργειες ακόμη και χωρίς συνεισφορά από τη σκοτεινή ύλη. Το ίδιο το τηλεσκόπιο XMM-Newton μπορεί επίσης να λάμπει και να εκπέμπει ακτίνες Χ σε ορισμένες ενέργειες. Και μερικές ακτίνες Χ προέρχονται και πέρα από τον γαλαξία μας. Για να δουν μια λάμψη 3,5 keV από τη σκοτεινή ύλη, οι ερευνητές πρέπει να τη συλλέξουν από αυτές τις συνεισφορές του παρασκηνίου.
Για να γίνει αυτό, ο Boyarsky και οι συνεργάτες του ανέλυσαν ολόκληρο το φάσμα των ενεργειών των ακτίνων Χ που μπορεί να ανιχνεύσει το XMM-Newton, μοντελοποίησαν ολόκληρο το φόντο και το αφαίρεσαν από τα δεδομένα. Το πιο σημαντικό, λέει ο Boyarsky, η ομάδα του αφαίρεσε γνωστές κορυφές στα 3,3 keV και 3,7 keV για να αποκαλύψει την ανεξήγητη κορυφή των 3,5 keV. Ο Safdi λέει ότι η ομάδα του ακολούθησε διαφορετική προσέγγιση. Με δανεισμό στατιστικών τεχνικών που αναπτύχθηκαν σε θρυμματιστές ατόμων, ανέλυσαν το φάσμα από κάθε εικόνα ξεχωριστά και ανέλυσαν δεδομένα μόνο σε ένα πολύ στενότερο εύρος ενεργειών.
Ωστόσο, αυτό το ενεργειακό εύρος δεν είναι πολύ μεγαλύτερο από την κορυφή που αναζητά η ομάδα, λέει ο Abazajian. Ο Boyarsky προσθέτει ότι επειδή ο Sadfi και η ομάδα του δεν έβγαλαν τις άλλες δύο κορυφές φόντου, μπορεί να έχουν μπερδέψει ένα οροπέδιο που δημιουργήθηκε από τις τρεις αλληλεπικαλυπτόμενες κορυφές ως επίπεδο φάσμα.
Όχι έτσι, λέει ο Safdi. Η ομάδα του διαπίστωσε ότι η αφαίρεση των άλλων κορυφών και η διεύρυνση του ενεργειακού παραθύρου δεν αλλάζουν το αποτέλεσμα. Εάν υπήρχε μια κορυφή 3,5 keV, λέει, η πιο εξελιγμένη τεχνική της ομάδας του θα το είχε αποκαλύψει.
Ο Μπογιάρσκι λέει ότι πρόκειται να προσπαθήσει να δημοσιεύσει την ανάλυσή του στον κενό ουρανό. Ένα περιοδικό φυσικής το απέρριψε, λέγοντας ότι δεν ήταν αρκετά «ενδιαφέρον», λέει. Τώρα, λέει ότι θα το υποβάλει στο Science . «Δεν με νοιάζει αν δημοσιευτεί, αλλά θα ήθελα να αξιολογηθεί από ομοτίμους», λέει. "Δεν μπορούν να πουν ότι δεν είναι ενδιαφέρον."
