Новая интерпретация данных рентгеновских наблюдений одного скопления галактик может помочь астрономам разгадать загадку, стоящую перед ними в течение нескольких десятилетий: определить природу темной материи.
Эта история началась в 2014 г., когда астрономы впервые обнаружили пик на уровне энергии 3,5 кэВ в данных рентгеновских наблюдений горячего газа, расположенного в скоплении галактик Персей. Эти наблюдения были проведены при помощи космических обсерваторий Chandra и XMM-Newton. Этот пик по ряду соображений был приписан частицам темной материи. Несколько групп ученых нашли аналогичные пики при наблюдениях других космических объектов, однако другие ученые подтверждения этому пику в своих наблюдениях не нашли. Казалось бы, окончательно спор разрешил в 2016 г. японский спутник Hitomi, специально созданный для подробных наблюдений эмиссионных линий в рентгеновских спектрах космических объектов, который не обнаружил линии на уровне энергии 3,5 кэВ в рентгеновском спектре скопления галактик Персей.
Однако в новом исследовании астрономы во главе с Джозефом Конлоном (Joseph Conlon) из Оксфордского университета, Великобритания, сообщают, что обнаружили деталь, которая позволяет объяснить отсутствие эмиссионного пика на уровне 3,5 кэВ в данных, собранных при помощи спутника Hitomi.
Согласно этой версии данные, собранные аппаратом Hitomi, представляют собой наложение рентгеновского излучения, идущего от двух различных источников: диффузного горячего газа, окружающего центральную галактику скопления, и сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре этой галактики.
В данных наблюдений, выполненных при помощи обсерваторий Chandra и XMM-Newton, имеющих более высокое пространственное разрешение, по сравнению с аппаратом Hitomi, Конлон и коллеги смогли разделить эти две составляющие сигнала и увидели, что горячий газ демонстрирует максимум интенсивности излучения на уровне энергии 3,5 кэВ, в то время как сверхмассивная черная дыра демонстрирует, напротив, поглощение излучения на этом уровне энергии. При наложении двух источников в спектре на уровне 3,5 кэВ наблюдается ровный участок – что и объясняет наблюдения, выполненные при помощи спутника Hitomi.
Согласно Коннону и его команде темная материя, окружающая черную дыру вместе с горячим газом, поглощает рентгеновское излучение с энергией 3,5 кэВ, подобно обычным атомам, поглощающим и рассеивающим свет, и переизлучает энергию во всех направлениях. Поэтому при прямых наблюдениях сверхмассивной черной дыры мы видим ослабление излучения на этом энергетическом уровне, соответствующее поглощению, а при наблюдениях окружающего ее горячего газа – усиление, соответствующее эмиссиионному максимуму.