الغاز الساخن في عناقيد المجرات يتوهج في نطاق الأشعة السينية، وجزء كبير من هذا الضوء يأتي من ذرات الحديد التي فقدت العديد من الإلكترونات – وهي ما تسمى بالأيونات عالية التأين. تترك هذه الذرات في الطيف خطوطًا ساطعة مميزة تشبه بصمات الأصابع: كل خط يتوافق مع انتقال معين للإلكترون بين مستويات الطاقة. يستخدمها علماء الفلك لمعرفة درجة الحرارة والكثافة وحركة الغاز. ولكن إلى أي مدى تتطابق هذه الخطوط مع النماذج النظرية، ظل غير واضح حتى الآن.

في الدراسة الجديدة، أخذ العلماء بيانات من القمر الصناعي الياباني للأشعة السينية Resolve، المزود بمطياف عالي الدقة، وفحصوا 17 عنقود مجرات. بدلاً من ملاءمة الطيف بأكمله مع نموذج جاهز، قاموا بعزل خطوط الحديد الفردية – مثل تلك الصادرة عن الأيونات Fe25+ وFe26+ – وقياس سطوعها مباشرة. هذا النهج سمح باختبار مدى توافق الخطوط الحقيقية مع حسابات ميكانيكا الكم.

اتضح أنه في بعض العناقيد ذات النواة الباردة الكثيفة، تكون نسبة سطوع خطين (w وz) أقل بنحو 20% مما تتنبأ به النظرية. وفي الوقت نفسه، يبدو الخط w أعرض من الخط z. يمكن تفسير هذا السلوك بالتشتت الرنيني: فوتونات الخط w تمتص وتعاد انبعاثها بواسطة ذرات الحديد في طريقها إلينا، مما يتسبب في انحراف جزء من الضوء جانبًا. تم العثور على انحراف آخر في نسبة الخطين y وx – فهو يختلف قليلاً عن النموذج، مما يوحي بمساهمة عمليات إعادة الاتحاد، عندما تلتقط الأيونات إلكترونات حرة.

أثار الزوج من الخطين Lyα1 وLyα2 اهتمامًا خاصًا. وفقًا للنظرية، يجب أن تكون نسبة سطوعهما 2 إلى 1، لكن في البيانات ذات الإحصاء الجيد تكون النسبة أقرب إلى 0.55 وليس 0.5. يمكن تفسير هذه الزيادة الطفيفة بمساهمة انتقال ثنائي القطب المغناطيسي، والذي لا يؤخذ في الاعتبار في إحدى قواعد البيانات الذرية. ومن المثير للاهتمام أن العناقيد التي تبلغ درجة حرارتها حوالي 7 ملايين درجة (7 كيلو إلكترون فولت) تظهر في كثير من الأحيان نسبة أعلى من 0.55. على الرغم من أن الدلالة الإحصائية لا تزال صغيرة، إلا أن هذا تلميح إلى أن القياس الدقيق لخطوط الحديد قد يصبح أداة حساسة لدراسة عمليات ذرية إضافية – من إعادة الاتحاد ثنائي الإلكترون إلى استقطاب الإشعاع.