Balázs Richárd
A neutrínók vezetnek el a sötét anyaghoz?
A népes galaxishalmazokból érkező röntgensugár villanások lehetnek a sötét anyag részecskék felfedezésének rég várt jelei.
Amennyiben megérkeznek a várt eredmények, leszögezhetjük, hogy az univerzum anyagának nagy részét kitevő, jelenleg szinte megfoghatatlannak tűnő szubsztancia úgynevezett "steril" neutrínókból áll. Ezek lennének a tudomány által ismert standard sorozaton kívül eső első részecskék.
Bár a sötét anyag a gravitáción keresztül kölcsönhatásba lép a hagyományos anyaggal, ezen felül alig mutat valamit magából. A fizikusok úgy vélik, tömege egy ismeretlen részecskével hozható kapcsoltba. A vezető elméleti esélyes egy gyengén kölcsönható nagy tömegű részecske (WIMP), ezt azonban még a legkifinomultabb detektorokkal sem sikerült észlelni. Emellett azonban a neutrínók is jó eséllyel pályáznak, mivel hosszú életűek és rendkívül "zárkózottak" ha kölcsönhatásról van szó.
A három ismert neutrínó típus azonban nem rendelkezik elég nagy tömeggel, hogy az univerzum sötét anyagának egészéért feleljen, ezért az elméleti tudósok felvetették egy negyedik neutrínó lehetőségét, ami még kevésbé lép kölcsönhatásba a hagyományos anyaggal. Amennyiben ez a steril neutrínó elég nehéz - körülbelül 10 kiloelektronvolt - megkapnánk a teljes sötét anyag mennyiséget, míg a könnyebb változatok megoldást jelenthetnének más kozmikus talányokra.
A steril neutrínók közvetlen észlelése gyakorlatilag lehetetlen lenne, ezért a más, könnyebben észlelhető részecskékbe - röntgensugár fotonokba és hagyományos neutrínókba történő bomlását kell figyelni. Két független kutatócsoport röntgensugarú távcsövek adataiban kezdte keresni ezeket a bomlási termékeket, kutatásaikat a sötét anyagban elvileg gazdag galaxishalmazokra összpontosítva.
Esra Bulbul, az amerikai Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ kutatója és munkatársai az ESA XMM-Newton űrtávcsövének és a NASA Chandra röntgen-távcsövének adataival 73 galaxishalmazt tanulmányoztak. A másik csapat, amit Alekszej Bojarszkij vezetett a hollandiai Leiden Egyetemen, az XMM-Newton észleléseit vizsgálta a Perszeusz galaxishalmaz és a közeli Androméda galaxis esetében.
Mindkét csapat 3,5 keV körüli energia kibocsátásokat észlelt, ami egy 7 keV körüli steril neutrínó bomlására vezethető vissza. Nincs kézenfekvő magyarázat a jel eredetére, semmi általunk ismert nem bocsát ki röntgensugarakat ezen az energiaszinten. Mindkét csapat kizárta a távcsövekből származó zaj lehetőségét. "Leteszteltünk minden egyes általunk felvetett lehetőséget és rendkívüli körültekintéssel zártunk ki dolgokat" - mondta Bulbul. "A végeredmény, hogy nem tudjuk mi ez. A legizgalmasabb magyarázat a steril neutrínók bomlási jele lenne"
Jelek már korábban is felbukkantak, majd sajnos el is véreztek a teszteken, ezért a kutatók igen óvatosak. Kevork Abazajian, az Irvine-i Kalifornia Egyetem tudósa, aki maga is kutatja a sötét anyagot, érdekesnek ás biztatónak nevezte a két csapat eredményét. "Úgy vélem a megerősítéséhez más dolgok mélyebb megfigyeléseire lesz szükség" - tette hozzá, utalva a jelek felbukkanására más nagy mennyiségű sötét anyagot magukba foglaló objektumoknál, például a törpegalaxisoknál, illetve olyan tényezőkre, mint a jel erősödésére a halmazok középpontjai környékén, ahol nagyobb arányban kellene jelen lennie a sötét anyagnak.
A steril neutrínók felfedezése, ha nem is sikerül megfeleltetni azokat a sötét anyagnak, egy másik rejtélyt még mindig megválaszolhat, ez pedig a "hiányzó" galaxisok rejtélye. Az ősrobbanás által kibocsátott fény térképeivel mérik a teljes világegyetem tágulásának ütemét és a hagyományos anyag csoportosulási készségét. Ezek az adatok azonban ellentmondanak azoknak a kísérleteknek, amik a helyi univerzumot mérik. A térképek szerint a tágulás lassabb és elvileg háromszor annyi galaxishalmazt kellene látnunk, mint amennyit észlelünk.
Ha a steril neutrínók léteztek a korai univerzumban, mindkét problémára megoldással szolgálhatnak, mondta Mark Wyman, a New York Egyetem tudósa. Modelljei szerint egy 1 eV-nél kisebb tömegű steril neutrínó felgyorsítaná a térképen alapuló tágulási értékeket, emellett a kölcsönhatásokkal szembeni ellenállásából adódóan kevesebb tömeg marad az anyag felhalmozódására és a galaxisok kialakítására.
Wyman steril neutrínója túl könnyű, hogy számba vegyék a sötét anyag esetében, azonban kapcsolódhat nehezebb steril neutrínókhoz, olyan jelekhez, amik megjelennek a fentebb említett röntgen-adatokban.
Amennyiben megérkeznek a várt eredmények, leszögezhetjük, hogy az univerzum anyagának nagy részét kitevő, jelenleg szinte megfoghatatlannak tűnő szubsztancia úgynevezett "steril" neutrínókból áll. Ezek lennének a tudomány által ismert standard sorozaton kívül eső első részecskék.
Bár a sötét anyag a gravitáción keresztül kölcsönhatásba lép a hagyományos anyaggal, ezen felül alig mutat valamit magából. A fizikusok úgy vélik, tömege egy ismeretlen részecskével hozható kapcsoltba. A vezető elméleti esélyes egy gyengén kölcsönható nagy tömegű részecske (WIMP), ezt azonban még a legkifinomultabb detektorokkal sem sikerült észlelni. Emellett azonban a neutrínók is jó eséllyel pályáznak, mivel hosszú életűek és rendkívül "zárkózottak" ha kölcsönhatásról van szó.
A három ismert neutrínó típus azonban nem rendelkezik elég nagy tömeggel, hogy az univerzum sötét anyagának egészéért feleljen, ezért az elméleti tudósok felvetették egy negyedik neutrínó lehetőségét, ami még kevésbé lép kölcsönhatásba a hagyományos anyaggal. Amennyiben ez a steril neutrínó elég nehéz - körülbelül 10 kiloelektronvolt - megkapnánk a teljes sötét anyag mennyiséget, míg a könnyebb változatok megoldást jelenthetnének más kozmikus talányokra.
A steril neutrínók közvetlen észlelése gyakorlatilag lehetetlen lenne, ezért a más, könnyebben észlelhető részecskékbe - röntgensugár fotonokba és hagyományos neutrínókba történő bomlását kell figyelni. Két független kutatócsoport röntgensugarú távcsövek adataiban kezdte keresni ezeket a bomlási termékeket, kutatásaikat a sötét anyagban elvileg gazdag galaxishalmazokra összpontosítva.
Esra Bulbul, az amerikai Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ kutatója és munkatársai az ESA XMM-Newton űrtávcsövének és a NASA Chandra röntgen-távcsövének adataival 73 galaxishalmazt tanulmányoztak. A másik csapat, amit Alekszej Bojarszkij vezetett a hollandiai Leiden Egyetemen, az XMM-Newton észleléseit vizsgálta a Perszeusz galaxishalmaz és a közeli Androméda galaxis esetében.
Mindkét csapat 3,5 keV körüli energia kibocsátásokat észlelt, ami egy 7 keV körüli steril neutrínó bomlására vezethető vissza. Nincs kézenfekvő magyarázat a jel eredetére, semmi általunk ismert nem bocsát ki röntgensugarakat ezen az energiaszinten. Mindkét csapat kizárta a távcsövekből származó zaj lehetőségét. "Leteszteltünk minden egyes általunk felvetett lehetőséget és rendkívüli körültekintéssel zártunk ki dolgokat" - mondta Bulbul. "A végeredmény, hogy nem tudjuk mi ez. A legizgalmasabb magyarázat a steril neutrínók bomlási jele lenne"Jelek már korábban is felbukkantak, majd sajnos el is véreztek a teszteken, ezért a kutatók igen óvatosak. Kevork Abazajian, az Irvine-i Kalifornia Egyetem tudósa, aki maga is kutatja a sötét anyagot, érdekesnek ás biztatónak nevezte a két csapat eredményét. "Úgy vélem a megerősítéséhez más dolgok mélyebb megfigyeléseire lesz szükség" - tette hozzá, utalva a jelek felbukkanására más nagy mennyiségű sötét anyagot magukba foglaló objektumoknál, például a törpegalaxisoknál, illetve olyan tényezőkre, mint a jel erősödésére a halmazok középpontjai környékén, ahol nagyobb arányban kellene jelen lennie a sötét anyagnak.
A steril neutrínók felfedezése, ha nem is sikerül megfeleltetni azokat a sötét anyagnak, egy másik rejtélyt még mindig megválaszolhat, ez pedig a "hiányzó" galaxisok rejtélye. Az ősrobbanás által kibocsátott fény térképeivel mérik a teljes világegyetem tágulásának ütemét és a hagyományos anyag csoportosulási készségét. Ezek az adatok azonban ellentmondanak azoknak a kísérleteknek, amik a helyi univerzumot mérik. A térképek szerint a tágulás lassabb és elvileg háromszor annyi galaxishalmazt kellene látnunk, mint amennyit észlelünk.
Ha a steril neutrínók léteztek a korai univerzumban, mindkét problémára megoldással szolgálhatnak, mondta Mark Wyman, a New York Egyetem tudósa. Modelljei szerint egy 1 eV-nél kisebb tömegű steril neutrínó felgyorsítaná a térképen alapuló tágulási értékeket, emellett a kölcsönhatásokkal szembeni ellenállásából adódóan kevesebb tömeg marad az anyag felhalmozódására és a galaxisok kialakítására.
Wyman steril neutrínója túl könnyű, hogy számba vegyék a sötét anyag esetében, azonban kapcsolódhat nehezebb steril neutrínókhoz, olyan jelekhez, amik megjelennek a fentebb említett röntgen-adatokban.