Mörk materia är arkitekten för storskalig kosmisk struktur och motorn bakom rätt galaxerotation. Det är en oumbärlig del av fysiken i vårt universum - och ändå vet forskare fortfarande inte vad det är gjort av. De senaste uppgifterna från Planck tyder på att det mystiska ämnet omfattar 26,2% av kosmos, vilket gör det nästan fem och en halv gånger vanligare än normalt, vardagligt ämne. Nu har fyra europeiska forskare antytt att de kan ha en upptäckt i sina händer: en signal i röntgenstrålningsljus som inte har någon känd orsak, och kan vara bevis på en länge eftertraktad interaktion mellan partiklar - nämligen förintelsen av mörker materia.
När astronomer vill studera ett objekt på natthimlen, till exempel en stjärna eller galax, börjar de med att analysera dess ljus över alla våglängder. Detta gör att de kan visualisera smala mörka linjer i objektets spektrum, så kallade absorptionslinjer. Absorptionslinjer uppstår eftersom en stjärns eller galaxens komponentelement suger upp ljus vid vissa våglängder, vilket förhindrar de flesta fotoner med dessa energier från att nå jorden. På liknande sätt kan samverkande partiklar också lämna utsläppslinjer i en stjärns eller galaxens spektrum, ljusa linjer som skapas när överskott av fotoner släpps ut via subatomära processer som spänning och förfall. Genom att titta noga på dessa utsläppslinjer kan forskare vanligtvis måla en robust bild av fysiken som pågår någon annanstans i kosmos.
Men ibland finner forskare en utsläppslinje som är mer förbryllande. Tidigare i år identifierade forskare vid Laboratory of Particle Physics and Cosmology (LPPC) i Schweiz och Leiden University i Nederländerna ett överskott av energi i röntgenstrålning som kommer från både Andromeda-galaxen och Perseus-stjärnklyngen: en utsläppslinje med en energi runt 3,5 keV. Ingen känd process kan redogöra för denna rad; emellertid överensstämmer det med teoretiska modeller steril neutrino - en partikel som många forskare tror är en främsta kandidat för mörk materia.
Forskarna tror att denna konstiga utsläppslinje kan vara resultatet av förintelse eller förfall av dessa mörka materialpartiklar, en process som tros frigöra röntgenfotoner. I själva verket tycktes signalen vara starkast i de tätaste regionerna i Andromeda och Perseus och alltmer diffust från centrum, en fördelning som också är karakteristisk för mörk materia. Dessutom var signalen frånvarande från teamets observationer av djupt, tomt utrymme, vilket innebar att den är verklig och inte bara instrumentell artefakt.
I ett förtryck av sitt papper är forskarna noga med att betona att signalen i sig är svag av vetenskapliga standarder. Det vill säga, de kan bara vara 99.994% säkra på att det är ett riktigt resultat och inte bara en skurk statistisk fluktuation, en nivå av förtroende som kallas 4σ. (Guldstandarden för en upptäckt inom vetenskapen är 5σ: ett resultat som kan förklaras ”sant” med 99.9999% förtroende) Andra forskare är inte så säkra på att mörk materia trots allt är en så bra förklaring. Enligt förutsägelser gjorda baserade på mätningar av Lyman-alfa-skogen - det vill säga det spektrala mönstret för väteabsorption och fotonutsläpp inom mycket avlägsna, mycket gamla gasmoln - skulle alla partiklar som anses vara mörk materia ha en energi över 10 kV - mer än två gånger energin från den senaste signalen.
Som alltid är studiet av kosmologi full av mysterier. Oavsett om denna specifika utsläppslinje visar sig vara ett bevis på en steril neutrino (och därmed mörkt material) eller inte, verkar det vara en signal om någon fysisk process som forskare ännu inte förstår. Om framtida observationer kan öka säkerheten för denna upptäckt till 5σpå nivå, kommer astrofysiker att ha ytterligare ett fenomen att redogöra för - en spännande möjlighet, oavsett slutresultatet.
Teamets forskning har accepterats enligt Physical Review Letters och kommer att publiceras i ett kommande nummer.
