Åttiofem procent av universum består av mörk materia, men vi vet inte vad, exakt, det är.

En ny studie från University of Michigan, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) och University of California, Berkeley har uteslutit att mörk materia är ansvarig för mystiska elektromagnetiska signaler som tidigare observerats från närliggande galaxer. Före detta arbete fanns det stora förhoppningar om att dessa signaler skulle ge fysiker hårda bevis för att identifiera mörk materia.

Mörk materia kan inte observeras direkt eftersom den inte absorberar, reflektera eller avge ljus, men forskare vet att det existerar på grund av den effekt det har på andra ämnen. Vi behöver mörk materia för att förklara gravitationskrafter som håller ihop galaxer, till exempel.

Fysiker har föreslagit att mörk materia är en nära släkt kusin till neutrino, kallas den sterila neutrinon. Neutriner - subatomära partiklar utan laddning och som sällan interagerar med materia - frigörs under kärnreaktioner som äger rum inuti solen. De har en liten mängd massa, men denna massa förklaras inte av standardmodellen för partikelfysik. Fysiker föreslår att den sterila neutrinon, en hypotetisk partikel, kan stå för denna massa och även vara mörk materia.

Forskare borde kunna upptäcka den sterila neutrinon eftersom den är instabil, säger Ben Safdi, medförfattare och biträdande professor i fysik vid U-M. Det sönderfaller till vanliga neutriner och elektromagnetisk strålning. För att upptäcka mörk materia, sedan, fysiker skannar galaxer för att jaga efter denna elektromagnetiska strålning i form av röntgenstrålning.

Under 2014, ett banbrytande arbete upptäckte överskott av röntgenstrålning från närliggande galaxer och galaxhopar. Emissionen verkade överensstämma med det som skulle uppstå från sönderfallande steril neutrinomörk materia, sa Safdi.

Nu, en metaanalys av rådata som tagits av XMM-Newtons rymdröntgenteleskop av objekt i Vintergatan under en period av 20 år har inte hittat några bevis för att den sterila neutrinon är det som består av mörk materia. I forskargruppen ingår U-M doktoranden Christopher Dessert och Nicholas Rodd, en fysiker med teorigruppen Berkley Lab och Berkley Center for Theoretical Physics. Deras resultat publiceras i tidskriften Vetenskap .

"Detta papper och uppföljningsarbeten från 2014 bekräftade att signalen genererade ett betydande intresse för astrofysik- och partikelfysiksamhällena på grund av möjligheten att veta, för första gången, exakt vad mörk materia är på mikroskopisk nivå, " sa Safdi. "Vårt fynd betyder inte att den mörka materian inte är en steril neutrino, men det betyder att - i motsats till vad som hävdades 2014 - det finns inga experimentella bevis i dagsläget som pekar mot dess existens."

Rymdbaserade röntgenteleskop som XMM-Newton-teleskopet, peka på mörkmateriarika miljöer för att söka efter denna svaga elektromagnetiska strålning i form av röntgensignaler. Upptäckten 2014 kallade röntgenstrålningen "3,5 keV-linjen" - keV står för kilo-elektronvolt - på grund av var signalen dök upp på röntgendetektorer.

Forskargruppen sökte efter denna linje i vår egen Vintergatan med hjälp av 20 års arkivdata tagna av rymdröntgenteleskopet XMM-Newton. Fysiker vet att mörk materia samlas kring galaxer, så när tidigare analyser tittade på närliggande galaxer och galaxhopar, var och en av dessa bilder skulle ha fångat någon kolumn av Vintergatans mörka materiahalo.

Teamet använde dessa bilder för att titta på den "mörkaste" delen av Vintergatan. Detta förbättrade avsevärt känsligheten för tidigare analyser som letade efter steril neutrino mörk materia, Sa Safdi.

"Överallt vi tittar, det borde finnas ett flöde av mörk materia från Vintergatans halo, " sade Berkeley Labs Rodd, på grund av vårt solsystems läge i galaxen. "Vi utnyttjade det faktum att vi lever i en gloria av mörk materia" i studien.

Christopher Dessert, en studie medförfattare som är fysikforskare och Ph.D. student vid U-M, sagda galaxkluster där 3,5 keV -linjen har observerats har också stora bakgrundssignaler, som fungerar som brus i observationer och kan göra det svårt att identifiera specifika signaler som kan vara associerade med mörk materia.

"Anledningen till att vi tittar igenom den galaktiska mörka materiens halo i vår Vintergatans galax är att bakgrunden är mycket lägre, " sa Dessert.

Till exempel, XMM-Newton har tagit bilder av isolerade objekt som enskilda stjärnor i Vintergatan. Forskarna tog dessa bilder och maskerade föremålen av ursprungligt intresse, lämnar orörda och mörka miljöer där man kan söka efter glöden av mörk materia förfaller. Att kombinera 20 år av sådana observationer möjliggjorde en sond av steril neutrino-mörk materia till oöverträffade nivåer.

Om sterila neutriner var mörk materia, och om deras förfall ledde till ett utsläpp av 3,5 keV-linjen, Safdi och hans forskarkollegor borde ha observerat den linjen i sin analys. Men de hittade inga bevis för steril neutrinomörk materia.

"Medan detta arbete gör, tyvärr, kasta kallt vatten på vad som såg ut som det som kan ha varit det första beviset för mörk materias mikroskopiska natur, det öppnar upp en helt ny metod för att leta efter mörk materia som kan leda till en upptäckt inom en snar framtid, sa Safdi.