最有可能来自硫离子而不是暗物质的神秘X射线信号

时间：2021-07-09 14:52:10 来源：

电荷交换而不是暗物质：当高电荷的硫捕获电子时，可能会产生来自星系团的X射线信号，到目前为止研究人员还无法解释。硫核（S16 +）接近氢原子（A）并吸引电子（B），该电子最终以S15 +（C）的高能级落回基态（D），并以X射线形式发射X射线。它是这样做的。

新研究表明，最近发现的神秘X射线信号很可能起源于硫离子，而不是来自暗物质。

来自星系团的神秘的X射线信号最近在天文学家中引起了一些激动：它可能源自暗物质吗？暗物质约占宇宙物质的80％，但是哪些科学家尚未能够探测到呢？为了帮助回答这个问题，海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的物理学家检查了另一种解释。因此，必须继续进行这种难以检测到的物质的搜索，因为神秘的X射线信号似乎源于从氢原子捕获电子的高电荷硫离子。

大约两年前，XMM-Newton X射线卫星将数据广播回地球，这使天体物理学家寄予了极大的希望。它以大约3.5千电子伏特（keV）的能量从几个星系团中吸收了微弱的辐射，研究人员无法立即借助已知的X射线光谱对其进行解释。很快就有人猜测它们可能是暗物质粒子衰减的信号-这本来是人们长期寻求的物质形式的第一个具体痕迹。希望很快就消失了，但是：XMM-Newton观察到X射线的区域与天体分析对暗物质预测的空间分布不匹配。

此外，还有许多物理过程，天文学家对此不了解X射线光谱中的相应指纹，因此尚不能排除作为神秘信号的可能原因。事实是，研究人员用来评估天文光谱的表格集合中的光谱数据仍然不完整。它们有时基于理论假设，因此相对不可靠。

在星系之间经常会发现高电荷的离子

与马克斯·普朗克核物理研究所研究组负责人若泽·克雷斯波（JoséCrespo）合作的物理学家现在通过他们的实验填补了X射线数据中的一个空白。因此，他们支持荷兰合作伙伴Liyi Gu和Jelle Kaastra关于X射线起因的建议。根据荷兰空间研究所SRON的两位研究人员所做的计算，这条神秘的线可能是由裸硫原子核（S16 +）引起的，也就是说，硫原子失去了所有电子，每个硫原子都从一个原子中吸收了一个电子。氢原子。

在团簇星系之间的热介质中经常会发现带高电荷的离子，并且也存在足够的完全电离的硫。“用说明性术语进行解释，电荷交换就这样运行，”何塞·克雷斯波（JoséCrespo）在解释该过程时说：S16 +离子的高电荷吸收了H原子的电子。然后，它以X射线的形式释放能量。

电子束离子阱中的实验

物理学家使用电子束离子阱进行测量。首先，他们将极细的挥发性硫化合物束注入设备的真空中。然后，它们轰击分子的电子将分子破碎，并将电子从原子中剔除-多少取决于电子束的能量。因此，它们可以特异性地产生所需的高电荷硫离子。

然后研究人员关闭电子束几秒钟，以便能够观察到裸硫离子如何从尚未被破坏的分子中吸收电子。当电子被S16 +离子捕获时，它们最初具有大量能量，但会以X射线的形式释放该能量。这些辐射中最有能量的大约是3.47千伏伏，即非常接近XMM-Newton记录的神秘线。“为支持我们的解释，我们来自荷兰的同事对电荷交换进行了模型计算，他们可以很好地解释我们的数据，”对试验做出了重要贡献的Chintan Shah说。

寻找暗物质必须继续

在海德堡进行的实验中，裸露的硫离子将电子从挥发性硫化合物的完整分子中移出，而不是从氢原子中移出，这一事实对于X射线光谱而言并不重要，因为X射线仅在硫中的电子失去能量。“如果考虑到天体物理测量的不准确性和实验的不确定性，很明显，裸硫原子和氢原子之间的电荷交换可以出色地解释3.5 keV附近的神秘信号，”若泽·克雷斯波（JoséCrespo）总结说。结果。因此，必须继续寻找暗物质。

研究报告的PDF副本：实验室测量令人信服地支持“暗物质” 3..5 keV X∼射线线的电荷交换机制

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