Se as partículas de matéria escura decaírem, os cientistas poderão procurar sinais deste processo em aglomerados de galáxias gigantes, incluindo radiação de raios X ou raios gama ou mesmo a emissão de “partículas fantasmas” chamadas neutrinos.
Isto poderia não apenas finalmente revelar a composição das partículas misteriosas matéria escuramas também poderia ajudar os astrônomos a compreender a estrutura do universo como nunca antes. Nova pesquisa mostra a missão de geração de imagens de raios X e espectroscopia da NASA (XRISMO) pode desempenhar um papel importante nesta caçada.
A matéria escura representa um grande desafio para os cientistas porque, embora represente cerca de 85% da matéria do Universo, permanece virtualmente invisível. Isso ocorre porque ele não interage com a radiação eletromagnética ou com a luz – ou, se o faz, a interação é muito fraca para ser detectada. Isso levou os cientistas a fazer uma série de recomendações partícula imaginária Explicando a matéria escura, que vai além Modelo padrão A física das partículas e os elétrons, prótons e nêutrons que constituem os átomos de toda a matéria cotidiana, como estrelas, planetas, satélites e nossos corpos.
Um modelo especial de matéria escura sugere que quaisquer que sejam as partículas que compõem esta substância misteriosa, elas passam por um processo chamado decaimento. Isto envolve a decomposição de partículas grandes em partículas mais leves ao longo de longas escalas de tempo, liberando energia na forma de fótons (partículas de luz). Uma possível assinatura deste processo que os astrónomos podem procurar são os fotões de raios X libertados quando ocorre o decaimento. Na verdade, os cientistas podem ter descoberto esta impressão digital cósmica na forma de emissões de raios X não identificadas nos espectros de aglomerados de galáxias.
“Oitenta e cinco por cento de qualidade aglomerado de galáxias A partir da matéria escura, podemos simular muito bem a distribuição radial da matéria escura”, disse Ming Sun, membro da equipe de pesquisa, da Universidade do Alabama em Huntsville (UAH). disse em um comunicado. “Os enxames de galáxias são, portanto, alvos importantes para tais pesquisas porque são ricos em matéria escura e sabemos muito sobre a massa de matéria escura nos enxames de galáxias.”
No passado, os pesquisadores dependiam de chips semicondutores sensíveis à luz, chamados dispositivos de carga acoplada (CCDs), para rastrear os caminhos de possíveis partículas de decaimento e entender melhor o que causa a emissão de raios X. No entanto, Sun e colegas adotaram uma abordagem diferente e, em vez disso, recorreram aos dados XRISM.
“Quase todos os estudos anteriores usaram dados CCD, que não possuem a resolução de energia necessária para resolver linhas desconhecidas”, disse Sun. “O XRISM agora fornece espectros de resolução de alta energia que podem resolver linhas. Como os sinais das linhas são muito fracos, combinamos quase três meses de dados XRISM para conduzir essa pesquisa. Muitas linhas de raios X foram detectadas. Elas se originam de átomos conhecidos, como ferro, silício, enxofre e níquel. Linhas de emissão de raios X que aparecem fora das posições conhecidas das linhas atômicas são candidatas a linhas de decaimento de matéria escura, que é o foco deste trabalho. “
A equipe especula que o principal suspeito dessa emissão desconhecida são os “neutrinos estéreis”. neutrino Partículas quase sem massa, elas se aproximam velocidade da luz. A segunda partícula mais abundante em universo Depois dos fótons, os neutrinos parecem fantasmas. 100 trilhões de neutrinos passam pelo seu corpo a cada segundo e você não percebe nada. Os neutrinos estéreis são uma das partículas hipotéticas propostas para explicar a matéria escura.
“O neutrino estéril é um tipo hipotético de neutrino que interage com outras partículas apenas através da gravidade, ao contrário dos três neutrinos ‘ativos’ conhecidos, que também interagem através da força fraca”, disse Sun. “A existência de neutrinos estéreis é teoricamente bem fundamentada e poderia explicar neutrinos regulares muito pequenos, mas de massa diferente de zero. Um neutrino estéril pode decair em dois fótons com a mesma energia. Os modelos podem prever a taxa de decaimento do neutrino estéril e então restringi-la com base nos dados.”
Os neutrinos estéreis ainda têm um longo caminho a percorrer antes que possam substituir partículas massivas de interação fraca (partículas de interação fraca) como principal suspeito de matéria escura, mas Sun e colegas estão empenhados em explorar outros possíveis candidatos, incluindo neutrinos estéreis, mesmo que o processo inclua a sua exclusão.
“Os WIMPs continuam a ser os principais candidatos à matéria escura, mas milhares de milhões de dólares em experiências foram conduzidas, e apenas o limite superior está a ficar mais forte, pelo que alternativas devem ser consideradas. Este estudo fornece o limite mais forte em dados de resolução de alta energia para neutrinos estéreis na banda de 5 a 30 quiloelétron-volts (keV), restringindo modelos de matéria escura”, concluíram os investigadores da UAH. “Com mais dados XRISM nos próximos cinco a dez anos, seremos capazes de detectar esta linha ou melhorar substancialmente o limite.”
As descobertas da equipe foram publicadas em novembro em Cartas de revistas astrofísicas.
