Nem tudjuk, mi a sötét anyag. Tudjuk, hogy mi nem, és ez probléma. Az anyag elemi részecskékből áll, az atomokat és molekulákat alkotó kvarkoktól és elektronoktól a kozmoszban elterjedt ősneutrínókig. De az ismert elemi részecskék egyike sem tartalmazhat sötét anyagot, akkor mi az?
Az elemi részecskék periódusos rendszere. Hitel: Public Domain, a Wikipédián keresztül
Számos ötletet javasoltak, a gyengén kölcsönhatásba lépő tömeges részecskéktől (WIMP-k), az axionokként ismert hipotetikus részecskéken át az apró fekete lyukakig. De eddig a bizonyítékok nem igazán támasztják alá ezeket az elképzeléseket. Tehát a csillagászok egy másik elméleti részecskét vizsgáltak, amelyeket steril neutrínóknak neveznek.
A neutrínók a sötét anyag egyik formája, mivel tömegük van, és gyengén lépnek kölcsönhatásba a fénnyel. De a neutrínóknak olyan kicsi a tömege és nagy az energiája, hogy közel fénysebességgel mozognak az univerzumban. Emiatt forró sötét anyagnak nevezik őket. Megfigyelésekből tudjuk, hogy a sötét anyag többnyire hideg, ami azt jelenti, hogy a sötét anyag részecskéinek viszonylag lassan kell mozogniuk. Tehát bár a neutrínók a sötét anyag egy kis részét teszik ki, a legtöbbnek valami másnak kell lennie.
A neutrínók és az antineutrínók helicitása. Köszönet: Universe Review
Három típusa ismert, ill a neutrínók ízei, és van néhány meglehetősen furcsa tulajdonságuk. Az egyik ilyen furcsa tulajdonság a helicitásuk. Az elemi részecskéknek van spinje, és amikor haladnak, a spin vagy a mozgási irányuk mentén irányul (jobb oldali helicitás), vagy ellentétes a mozgásukkal (balkezes helicity). A legtöbb részecske a kölcsönhatástól függően mindkét helicitással rendelkezhet, de a neutrínók helicitása mindig baloldali. Nem tudjuk teljesen, miért, de azt tudjuk, hogy ha léteznek jobbkezes neutrínók, nem lépnének kölcsönhatásba a normál anyaggal az elektrogyenge erő révén. Csak gravitációs úton lépnének kölcsönhatásba az anyaggal, ezért steril neutrínóknak nevezik őket.
Ha léteznek steril neutrínók, és ezek csak szabályos neutrínók, jobbkezes helicitással, akkor forró sötét anyag lennének, nem pedig az általunk keresett hideg sötét anyag. De vannak olyan elméletek, amelyek szerint a steril neutrínók sokkal nagyobb tömegűek, mint a hagyományos neutrínók. Ezek a nehéz, steril neutrínók sötét anyagot is tartalmazhatnak. Mármint ha léteznek.
Ha vannak nehéz, steril neutrínók, radioaktív bomlásuk révén fedezhetők fel. A nehéz részecskék idővel könnyebb részecskékre bomlhatnak, így lehetséges, hogy a steril neutrínók könnyebb társaikra bomlanak, és közben röntgenfotonokat bocsátanak ki. A röntgensugárzás felfedezése érdekében egy csapat átfésülte a Chandra X-Ray Observatory adatait. Nem találtak bizonyítékot steril neutrínókra. Eredményeik nem voltak elég erősek ahhoz, hogy teljesen kizárják az ötletet, de egy kicsit leszűkíti az elméleti jelölteket. Pontosabban, a tanulmány szigorú határt szab arra vonatkozóan, hogy a steril neutrínók hogyan bomlhatnak le, ha léteznek.
Még mindig nem tudjuk, mi a sötét anyag. Az ehhez hasonló tanulmányok kiábrándítónak tűnhetnek, de fontos szerepet játszanak. Lehetőségeink szűkítésével arra kényszerítenek bennünket, hogy életképesebb sötét anyag jelöltekre összpontosítsunk. Tanultunk még valamit, de egyelőre még mindig homályban vagyunk.
Referencia:Szicíliai, Dominic stb. ' A Tejútrendszer sötét anyagának szondája a 3,5 keV-os vonalhoz .'Az Astrophysical Journal905,2 (2020): 146.
