Een mysterieus röntgensignaal uit de ruimte dat harten van astronomen sneller deed kloppen omdat zogeheten donkere materie er misschien verantwoordelijk voor was, lijkt toch te verklaren met ‘gewone’ materie die we al kennen. Een theorie waarin de sterrenkundigen Liyi Gu en Jelle Kaastra van SRON het typische signaal vorig jaar verklaarden met bekende materie, is deze zomer ook door Duitse collega-wetenschappers met experimenten ondersteund. (English follows Dutch)
Het vinden van de geheimzinnige donkere materie, die we nog nooit hebben kunnen meten, houdt veel astrofysici bezig. Donkere materie biedt een mogelijke verklaring voor de ‘missende’ 80% van de totale materie die er volgens berekeningen in het universum zou moeten zijn. De materie die we wel kunnen begrijpen en meten behelst daarvan namelijk maar 20%.
Zwavel-ion of steriel neutrino
Röntgensatelliet XMM Newton, waarvoor SRON röntgenspectrometers heeft ontwikkeld, heeft twee jaar geleden een röntgensignaal opgevangen en naar de aarde doorgestuurd, met een wel heel bijzondere piek in het spectrum.
Lijnen en pieken in een spectrum verraden allerlei natuurkundige processen in het heelal en wijzen op de aanwezigheid van allerlei stoffen. Maar in de database van alle bekende pieken in het röntgenspectrum was deze spectraallijn onbekend: een piek van 3,5 kiloelektronvolt (keV).
Sterrenkundigen sloten niet uit dat dit misschien het specifieke signaal kon zijn van het verval van een ‘steriel neutrino’, een theoretisch deeltje dat donkere materie zou kunnen verklaren als we het bestaan ervan konden aantonen.
Gu en Kaastra opperden echter een ander scenario: superhete en sterk positief geladen zwavelionen (S16+) die een elektron afpakken van een koel waterstofatoom zouden ook wel een röntgenfoton met een typische energie van rond de 3,5 keV kunnen veroorzaken. Ook dit kwam in de database nog niet voor. Het zou plausibel zijn omdat beide stoffen voorkomen in de ruimte tussen melkwegstelsels in de clusters waar het signaal vandaan kwam. De onderzoekers publiceerden hun alternatieve scenario december 2015 in het wetenschappelijke blad Astronomy and Astrophysics.
Experiment bedacht
Collega-fysici van het Duitse Max Planck Instituut voor Kernfysica hebben deze zomer een experiment uitgevoerd in samenspraak met de SRON-onderzoekers, dat de theorie bevestigt. In een opstelling werden sterk geladen zwavelionen (S16+) gemaakt, die men liet botsen met deeltjes die nog wel elektronen hebben. De ionen pakten inderdaad een elektron af, waarbij inderdaad een röntgenfoton vrijkwam, en wel van 3,5 keV. De Max Planck-collega’s en de SRON-onderzoekers publiceerden hun vondst deze zomer in Astrophysical Journal.
Dutch explanation for ‘dark matter’ confirmed
A mysterious X-ray signal from space that caused astronomers’ hearts to beat faster because so-called dark matter might have been responsible for it, has nevertheless been explained by the ‘normal’ matter we already know. This summer, a theory in which the astronomers Liyi Gu and Jelle Kaastra from SRON explained the distinctive signal last year on the basis of normal matter has received experimental support from fellow researchers in Germany.
Many astrophysicists are trying to find the elusive dark matter, which we have not been able to measure yet. Dark matter provides a possible explanation for the ‘missing’ 80% of the total amount of matter that should be in the universe according to calculations. The matter that we can understand and measure only accounts for 20% of this total.
The X-ray satellite XMM Newton, for which SRON developed the X-ray spectrometers, picked up and relayed an X-ray signal to Earth two years ago that contained a very unusual peak in the spectrum. Lines and peaks in the spectrum disclose a wide range of physical processes in the cosmos and indicate the presence of many different substances. However, in the database of all known peaks in the X-ray spectrum, this spectral line was unknown: a peak of 3.5 kiloelektronvolts (keV).
Astronomers did not exclude the possibility that it could be the specific signal from the decay of a ‘sterile neutrino’, a theoretical particle that could clarify the existence of dark matter if we could demonstrate its existence.
Gu and Kaastra postulated a different scenario however: superhot and highly ionized sulfur ions (S16+) that snatch an electron from cool hydrogen atoms could also result in an X-ray photon with a typical energy of about 3.5 keV. This scenario was not in the database yet either. Nevertheless it could be plausible because both substances occur in the space between galaxies in the clusters where the signal originated from. The researchers published their alternative scenario in December 2015 in the scientific journal Astronomy and Astrophysics.
This summer fellow physicists from the German Max Planck Institute for Nuclear Physics carried out an experiment in consultation with the SRON researchers that confirmed the theory. In a setup, highly charged sulfur ions were produced and these were subsequently allowed to collide with particles that still had electrons. The ions indeed snatched an electron, releasing an X-ray photon with an energy of 3.5 keV. The Max Planck colleagues and the SRON researchers published their findings this summer in Astrophysical Journal.
