La misteriosa materia oscura no es visible a través de telescopios de ningún rango. Se manifiesta solo como un efecto gravitacional sobre la materia ordinaria. Esta triste verdad parece tener que reconsiderarse. Para el deleite de los científicos.
En un cúmulo distante de galaxias, algo está absorbiendo y reemitiendo rayos X de cierta energía. Y este algo no puede ser una sustancia ordinaria. Esta conclusión se obtiene en un estudio publicado por un grupo de investigación dirigido por Joseph P. Conlon de la Universidad de Oxford. El trabajo está disponible en el sitio de preimpresión arXiv.org.
Según el comunicado de prensa de la investigación, esta historia de detectives comenzó en 2014. Luego, un equipo científico dirigido por Ezra Bulbul (Esra Bulbul) del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge descubrió un extraño fenómeno. La emisión de rayos X del cúmulo de galaxias conocido como Cúmulo de Perseus mostró una línea de emisión espectral con una energía de 3,5 keV. El resultado se obtuvo utilizando los instrumentos de los telescopios XMM-Newton y Chandra. La misma línea se encontró en la radiación de otros 73 cúmulos de galaxias registrados por el telescopio XMM-Newton.
Apenas una semana después de la publicación de este resultado, otro grupo, liderado por Alexey Boyarsky de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, informó haber observado la misma línea en la radiación de la galaxia M31 y las afueras del cúmulo de Perseus en el mismo instrumento XMM-Newton.
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Ningún proceso astrofísico conocido conduce a la formación de tal línea. Por lo tanto, los astrónomos sugirieron que están lidiando con la radiación de misteriosa materia oscura.
Muchos astrónomos han intentado replicar estas observaciones, pero se encontró la línea misteriosa y luego no. Esto llevó a los escépticos a especular que los científicos estaban experimentando un error en el funcionamiento del instrumento o en el procesamiento de datos.
En 2016, el nuevo telescopio japonés Hitomi, especialmente diseñado para observar líneas espectrales de rayos X, no pudo detectar la línea de 3,5 keV en la radiación del cúmulo Perseus. Parecía que el tema finalmente estaba cerrado. Pero ese fue solo otro giro de la trama.
El equipo de Conlon notó que las imágenes de Hitomi eran mucho menos nítidas que las de Chandra. Por lo tanto, en la imagen del cúmulo de Perseo, la señal de dos fuentes se mezcló: radiación de gas caliente ubicado alrededor de una galaxia masiva en el centro del cúmulo y luz que emana de las proximidades de un agujero negro supermasivo en el centro de esta galaxia.
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Imágenes más claras de Chandra permiten discernir la contribución de estas fuentes. Aprovechando esto, los autores pudieron analizar por separado la contribución del agujero negro y la radiación del gas caliente.
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Teniendo en sus manos las primeras observaciones de "Chandra" realizadas en 2009, descubrieron algo asombroso: se observó una línea espectral de 3,5 keV, pero en los "rayos X" emitidos por el gas, era una línea de radiación, y en la radiación de un agujero negro, una línea. ¡absorción! Al final resultó que, el telescopio Hitomi mezcló la contribución de dos fuentes, como resultado, las líneas se compensaron entre sí y, por lo tanto, no se observaron. Los investigadores comprobaron esto realizando los cálculos adecuados.
Pero, ¿cómo es que, mirando "directamente a los ojos" de un agujero negro, los astrónomos detectan la absorción de cuantos con una energía de 3,5 keV, y al observar un gas lo suficientemente lejos de él, captan radiación en forma de estos cuantos?
Este fenómeno es conocido desde hace mucho tiempo por los especialistas que trabajan con telescopios ópticos. Imagínese una estrella protegida de nosotros por una nube de gas. El gas absorbe cuantos de cierta energía y los vuelve a irradiar inmediatamente. Pero esta radiación se produce en todas las direcciones: de regreso a la estrella, perpendicular a la línea "estrella - observador" (la línea de visión, como dicen los expertos), y así sucesivamente. Por tanto, mirando directamente a la estrella, nos encontramos con una línea de absorción, ya que algunos de los cuantos emitidos por la estrella con esta energía no nos llegarán.
Ahora nos alejamos con orgullo de la estrella y volvemos nuestra mirada hacia esa parte de la nube, que está "al lado" de ella. Estos átomos de gas también absorben la radiación de la estrella y también la reemiten. Pero esta vez no vemos la luz de la estrella en sí, se extiende en un gran ángulo a la línea de visión. Pero vemos esa parte de la luz absorbida que el gas emitirá en nuestra dirección (después de todo, emite luz en todas las direcciones de manera uniforme). Por lo tanto, al mirar estas regiones "laterales" del gas, ¡veremos una línea de radiación!
Todo, al parecer, es maravilloso. Y la vecindad de un agujero negro supermasivo realmente emite cuantos con una energía de 3,5 keV, así como cuantos de muchas otras energías de una amplia gama. Pero para reproducir la imagen que acabamos de describir, debemos asumir que en la nube de gas caliente alrededor de la galaxia hay algo que absorbe cuantos de esta energía particular y luego los vuelve a irradiar. Y, como se mencionó anteriormente, ¡la sustancia ordinaria simplemente no puede hacer esto!
Entonces, ¿sigue siendo materia oscura? Conlon y sus colegas creen que sí. Incluso desarrollaron su propio modelo de esta misteriosa sustancia que reproduce este comportamiento. Sin embargo, los autores aún no descartan la variante del error. Los estudios posteriores deberían finalmente aclarar la cuestión.
