Серу из межгалактических пустынь приняли за тёмную материю

Учёные из Германии провели эксперимент, из которого стало ясно, что в необычных условиях межгалактических "пустынь" сера может стать источником рентгеновских фотонов ранее неизвестного происхождения. До того они считались продуктом распада частиц тёмной материи. Соответствующая статья направлена на публикацию в Astrophysics and Space Science, а с его текстом можно познакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

В 2014 году космический рентгеновский телескоп XMM-Newton (принадлежит NASA) обнаружил, что от целого ряда далёких галактических скоплений исходят фотоны с энергией в 3,5 килоэлектронвольт. В земных условиях источники рентгеновского излучения с такой энергией были тогда неизвестны. Это вызвало энтузиазм в среде физиков, надеющихся найти следы тёмной материи. Хотя именно этой материи, как считается, обязаны своей стабильностью галактики типа нашей, все попытки обнаружить её напрямую пока проваливаются. Исследователи объясняют это тем, что тёмная материя, скорее всего, состоит из массивных, слабо взаимодействующих с обычной материей частиц ("вимпов"). Согласно результатам моделирования, такие частицы со временем могут распадаться, испуская излучение в рентгеновском диапазоне. Поэтому возникла надежда, что телескоп "увидел" следы именно такого распада.

Со временем оказалось, что больше всего таких рентгеновских фотонов исходит не оттуда, где астрономы подозревают скопления тёмной материи, а из совсем других мест — межгалактического пространства, где мало любой материи. Вопрос о том, что вообще может быть источником излучения в таком регионе пространства, оказался острым, но крайне малопонятным. Чтобы прояснить его, немецкие исследователи провели эксперимент. Они запустили в вакуумную камеру серу и водород, которые потом подвергли обстрелу разогнанными частицами. В ходе обстрела атомы серы лишились всех своих электронов. Так нейтральные атомы стали ионами, причём с максимально возможной степенью ионизации, практически не встречающейся в нормальных условиях, когда сера легко может захватить электроны от других атомов. Затем в обстреле сделали перерыв, и сера, которой обстрел теперь "не мешал", тут же начинала захватывать электроны у соседних атомов водорода. Сразу после захвата "угнанный" электрон терял часть своей энергии, что приводило к образованию фотона с энергией в 3,47 килоэлектронвольт. Это практически то же самое, что и 3,50 килоэлектронвольт в результатах наблюдений XMM-Newton.

Новое объяснение закрывает вопрос о возможной связи тёмной материи с загадочным излучением из межгалактических "пустынь". Сама сера и водород в малых количествах попадают туда с периферии галактик упомянутых скоплений. В силу сверхмалой концентрации атомов в практически пустом пространстве между галактиками атомы серы там оказываются в ненормальных условиях, когда они могут потерять все свои электроны, но им негде взять сразу много чужих электронов. После этого редкая случайная встреча с атомом водорода заканчивается захватом его электрона и испусканием фотона — в условиях, которые не возникают в окрестностях Земли естественным образом. Именно поэтому учёные долго не могли даже предположить, что странное излучение с фотонами указанной энергии порождается вполне обычной серой, взаимодействующей с водородом. 

Открытие в очередной раз подчёркивает сложность обнаружения реальных следов тёмной материи (кроме косвенных в виде целостности галактик). Ряд исследователей в последнее время всё чаще и чаще пытается предложить другое объяснение концепции тёмной материи в её классическом виде.