La matière noire mystérieuse n'est pas visible à travers les télescopes de n'importe quelle portée. Il se manifeste uniquement comme un effet gravitationnel sur la matière ordinaire. Cette triste vérité semble devoir être reconsidérée. Pour le plus grand plaisir des scientifiques.
Dans un amas de galaxies éloigné, quelque chose absorbe et réémet des rayons X d'une certaine énergie. Et ce quelque chose ne peut pas être une substance ordinaire. Cette conclusion est tirée d'une étude publiée par un groupe de recherche dirigé par Joseph P. Conlon de l'Université d'Oxford. Le travail est disponible sur le site de pré-impression arXiv.org.
Selon le communiqué de presse de recherche, cette histoire policière a commencé en 2014. Puis un groupe scientifique dirigé par Ezra Bulbul (Esra Bulbul) du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge a découvert un phénomène étrange. L'émission de rayons X de l'amas de galaxies connu sous le nom de Perseus Cluster a montré une raie d'émission spectrale d'une énergie de 3,5 keV. Le résultat a été obtenu à l'aide des instruments des télescopes XMM-Newton et Chandra. La même ligne a été trouvée dans le rayonnement de 73 autres amas de galaxies enregistrés par le télescope XMM-Newton.
Une semaine seulement après la publication de ce résultat, un autre groupe, dirigé par Alexey Boyarsky de l'Université de Leiden aux Pays-Bas, a rapporté avoir observé la même ligne dans le rayonnement de la galaxie M31 et à la périphérie de l'amas Perseus sur le même instrument XMM-Newton.
Aucun processus astrophysique connu ne conduit à la formation d'une telle ligne. Par conséquent, les astronomes ont suggéré qu'ils traitaient le rayonnement d'une mystérieuse matière noire.
De nombreux astronomes ont tenté de reproduire ces observations, mais la ligne mystérieuse a été trouvée et non. Cela a conduit les sceptiques à supposer que les scientifiques rencontraient une erreur dans le fonctionnement de l'instrument ou dans le traitement des données.
En 2016, le nouveau télescope japonais Hitomi, spécialement conçu pour observer les raies spectrales de rayons X, n'a pas été en mesure de détecter la raie de 3,5 keV dans le rayonnement de l'amas Perseus. Il semblait que le problème était finalement clos. Mais ce n'était qu'un autre rebondissement.
L'équipe de Conlon a remarqué que les images d'Hitomi étaient beaucoup moins nettes que celles de Chandra. Par conséquent, à l'image de l'amas de Persée, le signal de deux sources était mélangé: le rayonnement d'un gaz chaud situé autour d'une galaxie massive au centre de l'amas, et la lumière émanant du voisinage d'un trou noir supermassif au centre de cette galaxie elle-même.
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Des images plus claires de Chandra permettent de discerner l'apport de ces sources. Profitant de cela, les auteurs ont pu analyser séparément la contribution du trou noir et le rayonnement du gaz chaud.
Ayant entre les mains les premières observations de «Chandra» faites en 2009, ils ont découvert une chose surprenante: une raie spectrale de 3,5 keV a été observée, mais dans les «rayons X» émis par le gaz, c'était une raie de rayonnement, et dans le rayonnement d'un trou noir - une raie absorption! En fait, le télescope Hitomi a mélangé la contribution de deux sources, en conséquence, les lignes se sont compensées et n'ont donc pas été observées. Les chercheurs l'ont vérifié en effectuant les calculs appropriés.
Mais comment se fait-il qu'en regardant «directement dans les yeux» un trou noir, les astronomes détectent l'absorption de quanta d'une énergie de 3,5 keV, et en observant un gaz assez loin de lui, ils captent le rayonnement sous la forme de ces quanta?
Ce phénomène est connu depuis longtemps des spécialistes travaillant avec des télescopes optiques. Imaginez une étoile protégée de nous par un nuage de gaz. Le gaz absorbe des quanta d'une certaine énergie et les réémet immédiatement. Mais ce rayonnement se produit dans toutes les directions: retour à l'étoile, perpendiculaire à la ligne "star-observer" (la ligne de visée, comme disent les experts), etc. Par conséquent, en regardant directement l'étoile, nous trouvons une raie d'absorption, car certains des quanta émis par l'étoile avec cette énergie ne nous atteindront pas.
Maintenant, nous nous détournons fièrement de l'étoile et tournons notre regard vers cette partie du nuage, qui est "sur le côté" de celui-ci. Ces atomes de gaz absorbent également le rayonnement de l'étoile et le réémettent également. Mais cette fois, on ne voit pas la lumière de l'étoile elle-même, elle se propage à un grand angle par rapport à la ligne de visée. Mais nous voyons cette partie de la lumière absorbée que le gaz émettra dans notre direction (après tout, il émet de la lumière dans toutes les directions uniformément). Par conséquent, en regardant ces régions «latérales» du gaz, nous verrons une ligne de rayonnement!
Tout, semble-t-il, est merveilleux. Et la proximité du trou noir supermassif émet en effet des quanta d'une énergie de 3,5 keV, ainsi que des quanta de nombreuses autres énergies d'une large gamme. Mais pour reproduire l'image que nous venons de décrire, nous devons supposer que dans le nuage de gaz chaud autour de la galaxie, il y a quelque chose qui absorbe les quanta de cette énergie particulière, puis les réémet. Et, comme mentionné ci-dessus, la substance ordinaire n'est tout simplement pas capable de faire cela!
Alors, c'est encore de la matière noire? Conlon et ses collègues le pensent. Ils ont même développé leur propre modèle de cette substance mystérieuse qui reproduit ce comportement. Cependant, les auteurs n'écartent pas encore la variante de l'erreur. Des études ultérieures devraient enfin clarifier la question.
