Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Donkere materie of gewoon zwavel?

Een internationaal team van sterrenkundigen, onder wie Jelle Kaastra, heeft een nieuwe verklaring gevonden voor röntgenstraling in clusters van sterrenstelsels. Deze röntgenstralen kunnen ontstaan als koud waterstofgas botst op hete zwavel-ionen en zo elektrische lading overdraagt. Eerder werden de röntgenstralen toegeschreven aan een hypothetisch deeltje, het steriele neutrino, mogelijk verantwoordelijk voor donkere materie. Publicatie in Astronomy & Astrophysics.

85% donkere materie

Hot (blue) and cold (red) media in the center of a cluster of galaxies (NASA/CXC/Stanford/I.Zhuravleva et al/A.C. Fabian et al)
 

Sterrenkundigen denken dat clusters van sterrenstelsels uit ongeveer 15% gewone materie bestaan, in de vorm van heet gas dat röntgenstraling uitzendt. 85% zou moeten bestaan uit onzichtbare donkere materie. De oorsprong en samenstelling van donkere materie is onbekend. In een van de modellen voor donkere materie kunnen steriele neutrino’s (hypothetische deeltjes die geen interacties aangaan met andere neutrino’s maar wel massa hebben) ook röntgenstraling uitzenden als ze vervallen. We weten echter niet hoeveel energie deze röntgenstraling heeft.

Onbekende röntgenpiek

Sterrenkundigen hebben daarom de röntgenspectra van clusters doorgespit op zoek naar een signaal dat niet afkomstig kan zijn van röntgenstraling van het hete gas. Verleden jaar meldden twee onderzoeksteams dat ze een onbekende röntgenpiek hadden gevonden, met een energie van 3,5 kilovolt. Bevestiging hiervan zou een echte doorbraak betekenen in het oplossen van de donkere-materiepuzzel.

Koud gas botst op heet gas

Behalve heet gas komen er in sommige clusters ook substantiële hoeveelheden koud gas voor. Dit koude gas bestaat voor het grootste deel uit waterstofatomen. Wanneer zo’n koud atoom botst op een ion van het hete gas, kan het elektron van het waterstofatoom overspringen naar het ion en zo een röntgenfoton produceren. Als het om een zwavel-ion gaat, een zwavelatoom dat al zijn elektronen kwijt is, heeft de röntgenstraling een energie van 3,5 kilovolt. De hoeveelheden koud en warm gas in de clusters zijn voldoende om een signaal te produceren dat overeenkomt met het signaal dat werd toegeschreven aan steriele neutrino’s.

ASTRO-H

Ladingoverdracht wordt in het laboratorium regelmatig gemeten en zou dus heel goed de bron van de mysterieuze röntgenstraling kunnen zijn. Deze nieuwe, minder exotische verklaring kan worden bekrachtigd door ASTRO-H, de Japanse ruimtetelescoop die begin 2016 wordt gelanceerd.

AstroH

Jelle Kaastra: ‘ASTRO-H heeft een detector die extreem gevoelig is voor röntgenstraling met een energie van 3,5 kilovolt. In feite begon SRON met de ontwikkeling van het ladingoverdracht-model ter voorbereiding op ASTRO-H.’

Meer straling meten

Het model dat Liyi Gu en zijn SRON-collega’s hebben ontwikkeld, maakt gebruik van de berekeningen van Patrick Mullen, student in de onderzoeksgroep van Phillip Stancil van de Universiteit van Georgia. De sterrenkundigen verwachten dat ASTRO-H nog veel meer straling gaat meten als gevolg van ladingoverdrachten bij onder andere Jupiter, in het interstellaire medium en in clusters van sterrenstelsels.

Zie ook