Mørk materie er arkitekten av storskala kosmisk struktur og motoren bak riktig rotasjon av galakser. Det er en uunnværlig del av universets fysikk - og likevel vet ikke forskere hva det er laget av. De siste dataene fra Planck antyder at det mystiske stoffet utgjør 26,2% av kosmos, noe som gjør det nesten fem og en halv ganger mer utbredt enn vanlig hverdagsliv. Nå har fire europeiske forskere antydet at de kan ha et funn på hendene: et signal i røntgenlys som ikke har noen kjent årsak, og kan være et bevis på en lang ettertraktet samhandling mellom partikler - nemlig utslettelsen av mørke saken.
Når astronomer ønsker å studere et objekt på nattehimmelen, for eksempel en stjerne eller galakse, begynner de med å analysere lyset over alle bølgelengder. Dette lar dem visualisere smale mørke linjer i objektets spekter, kalt absorpsjonslinjer. Absorpsjonslinjer oppstår fordi en stjerne- eller galakse-komponentelementer suger opp lys ved visse bølgelengder, noe som forhindrer de fleste fotoner med disse energiene fra å nå Jorden. På samme måte kan samvirkende partikler også etterlate utslippslinjer i en stjerne- eller galakse-spektrum, lyse linjer som skapes når overflødige fotoner sendes ut via subatomære prosesser som spenning og forfall. Ved å se nøye på disse utslippslinjene, kan forskere vanligvis male et robust bilde av fysikken som foregår andre steder i kosmos.
Men noen ganger finner forskere en utslippslinje som er mer rart. Tidligere i år identifiserte forskere ved Laboratory of Particle Physics and Cosmology (LPPC) i Sveits og Leiden University i Nederland et overskudd av energi i røntgenlys fra både Andromeda-galaksen og Perseus-stjerneklyngen: en utslippslinje med en energi på rundt 3,5 keV. Ingen kjent prosess kan gjøre rede for denne linjen; det er imidlertid i samsvar med modeller av det teoretiske steril nøytrino - en partikkel som mange forskere mener er en førstekandidat for mørk materie.
Forskerne mener at denne merkelige utslippslinjen kan være et resultat av utslettingen eller forfallet av disse mørke stoffpartiklene, en prosess som antas å frigjøre røntgenfotoner. Faktisk så signalet ut til å være sterkest i de mest tette regionene i Andromeda og Perseus og stadig mer diffust borte fra sentrum, en fordeling som også er karakteristisk for mørk materie. I tillegg var signalet fraværende fra teamets observasjoner av dyp, tom plass, noe som antyder at det er ekte og ikke bare instrumentell gjenstand.
I en forhåndsutskrift av papiret er forskerne nøye med å understreke at signalet i seg selv er svakt av vitenskapelige standarder. Det vil si at de bare kan være 99.994% sikre på at det er et sant resultat og ikke bare en useriøs statistisk svingning, et tillitsnivå som er kjent som 4σ. (Gullstandarden for et funn i vitenskapen er 5σ: et resultat som kan erklæres "sant" med 99.9999% tillit) Andre forskere er ikke så sikre på at mørk materie tross alt er en så god forklaring. I henhold til spådommer gjort basert på målinger av Lyman-alfa-skogen - det vil si spektralt mønster av hydrogenabsorpsjon og fotonutslipp i veldig fjerne, veldig gamle gassskyer - bør enhver partikkel som hevdes å være mørk materie ha en energi over 10 kV - mer enn det dobbelte av energien fra dette siste signalet.
Som alltid er studiet av kosmologi full av mysterier. Enten denne spesielle utslippslinjen viser seg å være bevis på en steril nøytrino (og dermed mørk materie) eller ikke, ser det ut til å være et signal om en eller annen fysisk prosess som forskere ennå ikke forstår. Hvis fremtidige observasjoner kan øke sikkerheten til dette funnet til 5σnivå, vil astrofysikere ha enda et fenomen å gjøre rede for - et spennende prospekt, uavhengig av det endelige resultatet.
Teamets forskning er akseptert i Physical Review Letters og vil bli publisert i en kommende utgave.
