Hint av den mørke materiens sanne natur

Den mørke materien er et av naturvitenskapens store mysterier. Fordi mørk materie ikke sender ut eller reflekter vanlig lys er den ikke synlig. Men den kan likevel måles fordi den påvirker vanlig materie, som vi og planetene og stjernene består av.

Forskerne vet at så mye som 27 prosent av universet kan bestå av mørk materie og at fordelingen av den påvirker hvor i universet dets store strukturer, som galaksehoper og det kosmiske nettverket av disse, dannet seg.

Et uventet røntgensignal

Galaksehoper inneholder hundrevis av ulike galakser, samt store mengder varm gass i rommet mellom dem. Denne gassen er hovedsaklig hydrogen, varmet opp til 10 millioner grader Celsius.

Det er så varmt at hydrogengassen gir fra seg røntgenstråling. Det samme gjør andre grunnstoffer til stede i gassen. Sammen danner de spesifikke mønstre av røntgenstråling.

Galaksehopen Persevs og røntgensignalet som hinter til at mørk materie kan bestå av elementærpartikkelen steril nøytrino. Grafikk: NASA/CXC/SAO/E.Bulbul, et al.

Ved hjelp av den europeiske romorganisasjonen ESAs røntgenteleskop XMM-Newton og NASAs romteleskop Chandra, undersøkte forskerne de karakteristiske røntgensignalene fra 73 galaksehoper. Disse befant seg fra mer enn 100 millioner til noen milliarder lysår borte fra jorda.

I målinger fra en galaksehop kalt Persevs, ikke langt unna galaksehopen Melkeveien er i, fant forskerne røntgenstråling på en bølgelengde de ikke hadde sett før.

- Om dette merkelige signalet hadde vært dannet av kjente grunnstoffer, burde den også ha gitt et mønster på andre og mer velkjente bølgelengder, sier Esra Bulbul ved the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge i USA og førsteforfatter på undersøkelsen.

Siden så mye som fire femdeler av en galaksehop kan består av mørk materie, landet forskerne på en forklaring utenom det vanlige.

Mørk materie er sterile nøytrinoer?

Forskerne mener at det ukjente signalet av røntgenstråling kan være dannet av en spesiell type elementærpartikkel kalt steril nøytrino. Til nå har sterile nøytrinoer kun vært teori og ikke blitt observert.

Vanlige nøytrinoer er elementærpartikler med lav masse som bare sjelden interagerer med vanlig materie, og da bare gjennom det som kalles for den svake kjernekraften, samt  tyngdekraften.

Det kosmiske nettverket av galaksehoper i Illustris. Illustris er en simulasjon som viser universets utvikling fra 12 millioner etter the Big Bang og frem til i dag i ekstremt høy oppløsning. Grafikk: The Illustris Collaboration

Sterile nøytrinoer derimot, påvirker vanlig materie kun gjennom tyngdekraft, og er derfor en kandidat for mørk materie. Dermed kan noe av den mørke materien som befinner seg i galaksehoper bestå av sterile nøytrinoer.

Forskerne er likevel forsiktige i sine konklusjoner og mener at flere observasjoner ved hjelp av XMM-Newton, Chandra og andre røntgenteleskoper må til for å bekrefte en sammenheng mellom sterile nøytrinoer og mørk materie.

Lenke til forskningsartikkelen her.

Imens foregår det en intens på den mørke materiens natur andre steder i rommet og på jorda.