В ходе анализа света от далеких скоплений галактик астрономы обнаружили таинственный сигнал, с трудом поддающийся объяснению. Хотя сигнал и слабый, он может быть первым прямым проявлением темной материи. Темная материя пронизывает всю Вселенную и составляет основной объем ее массы, но чем она является на самом деле? Мы знаем, что она есть, обладаем кучей косвенных доказательств ее присутствия, но прямые сигналы до сих пор были неуловимы.

Наблюдая за галактическим кластером (скоплением), мы можем оценить его массу по тому, как сильно свет огибает скопление. Чем больше влияние на проходящие световые пучки, тем больше изгибается пространство-время и тем больше масса кластера. Когда астрономы оценивают массу скопления, они подсчитывают всю видимую материю (то есть звезды), но наблюдаемой массы оказывается недостаточно для такого искривления пространства-времени. Есть что-то еще, некая «невидимая» материя, или проще — темная материя. Темная она не потому что черная, а потому что неизвестная.

Основная часть темной материи, как полагают, состоит из не-барионного вещества. В отличие от барионной материи — материи, известной нам по протонам, нейтронам и связующих их кваркам — не-барионная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением. Другими словами, мы не можем наблюдать ее непосредственно. Однако гравитационно она взаимодействует с обычной материей, а значит, мы можем наблюдать гравитационные эффекты от ее присутствия на скоплениях галактик.

В недавно опубликованном исследовании астрономы анализировали рентгеновское излучение одного далекого скопления и зафиксировали сигнал с определенной энергией, который не удалось связать с любым известным элементом или химической реакцией.

Галактики могут быть гравитационно связаны, тем самым образуя скопления галактик. Наш Млечный Путь, например, — один из членов удачно названной «Местной группы» галактик, которая также включает сверхтяжелую соседнюю галактику Андромеду. Хотя в Местную группу входит около тридцати других галактик, это скопление относительно небольшое. Многие кластеры содержат тысячи галактик, которые оказывают существенное гравитационное влияние на свое окружение.

Эти массивные гравитационные острова считаются «бассейнами» темной материи, поэтому поиск прямых доказательств темной материи ведется в основном на таких примерах.

В таких скоплениях космос между галактиками — не пустой. На самом деле он наполнен горячими газами, которые накопились за миллиарды лет взрывов сверхновых. Эти газы генерируют рентгеновские лучи, которые могут быть легко изучены с помощью космических телескопов. Кислород, неон, магний, кремний, сера, аргон, кальций, железо, никель, хром и марганец — все эти элементы идентифицируются по их рентгеновским сигналам, но астрономы Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики обнаружили новый рентгеновский сигнал, который не вписывается в рамки установленных шаблонов.

Хотя многое еще предстоит сделать для того, чтобы отделить сигнал от фонового шума, после анализа 73 скоплений тот же самый сигнал продолжал появляться в данных наблюдений. Некоторые из скоплений изучались рентгеновской лабораторией «Чандра», и она тоже определила подобный сигнал разной силы. Одним из объяснений может быть то, что астрономы обнаружили особое рентгеновское излучение от распада гипотетического «стерильного нейтрино» — типа не-барионной частицы, которая может быть кандидатом на роль темной материи.

Исследователи призывают к осторожности в связи с обнаружением этого рентгеновского сигнала, энергия которого примерно 3,56 кэВ. Хотя сигнал был обнаружен в большой выборке скоплений, и сомнений в том, что он реален, практически нет, его статистическая значимость значительно ниже того порога, когда его можно назвать «открытием». Требуются более подробные исследования, которые могут быть доступны с запуском японской рентгеновской обсерватории Astro-H в 2015 году.