Minder exotisch in het heelal
Een internationaal team van sterrenkundigen heeft een nieuwe verklaring gevonden voor geheimzinnige röntgenstraling in clusters van sterrenstelsels, de grootste objecten in het universum. Deze röntgenstralen, met een zeer specifieke energie, 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. Het ladingoverdracht-model levert echter een meer voor de hand liggende verklaring.
Oorsprong onbekend
Sterrenkundigen denken dat clusters van sterrenstelsels bestaan uit ongeveer 15% gewone materie, 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. 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.
“Behalve heet gas komen er in sommige clusters ook substantiële hoeveelheden koud gas voor,” zegt SRON-onderzoeker en eerste auteur Liyi Gu. “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.”
Minder exotisch
“Als het om een zwavel-ion gaat (een zwavelatoom dat al zijn elektronen kwijt is) heeft de röntgenstraling een energie van precies 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.” 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.
SRON-sterrenkundige 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.” 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.
