Tamna materija Uragan daje veću šansu za prepoznavanje Axion čestica

Glave gore, mi smo u uraganu koji ne možemo vidjeti. Njegova supersila nevidljivosti proizlazi iz činjenice da je načinjena od tamne tvari.

A astročestičari su izvrsno iskoristili ovaj nevidljivi svemirski uragan: rješavajući tajnu onoga što čini tajanstvenu supstancu. U radu objavljenom 7. studenog u časopisu Pregled fizike D, istraživači sa Sveučilišta u Zaragozi, King's College u Londonu i britanskog Instituta za astronomiju predviđaju veće šanse identificiranja tamne tvari pomoću detaljnih satelitskih podataka o kretanju zvijezda.

Podsjetnik da je čovječanstvo kap u kantici svemira

Velika količina normalne mase koju je promatrala čovječanstvo - vaša mačka, sunce, kapsula plime - čini manje od pet posto svemira. Oko 68 posto je tamna energija, a posljednjih 27 posto je tamna tvar. Samo tamni prostor napravljen od onoga tko zna-što potencijalno pokreće ubrzano širenje svemira. Od sadašnjih teorija, znanstvenici favoriziraju slabe interakcije masivnih čestica (WIMPs) ili aksione kao zagonetnu česticu.

U osnovi, plivamo u stvarima koje znanstvenici, kao što su doktor znanosti Ciaran A. J. O'Hare, postdoc teoretske fizike na Sveučilištu u Zaragozi i prvi autor studije, nazivaju "vjetar tamne materije".

"Razlog zbog kojeg koristimo ovu frazu je da smo ugrađeni u oreol tamne materije i rotiramo se u galaktičkom disku (ovaj rotirajući kotač zvijezda i plina), ali halo je vrlo različit", kaže O'Hare Inverzan, "Nema diska tamne tvari, nema željene rotacije, samo zuji u slučajnim smjerovima."

U osnovi, možda ne znamo što je čestica, ali budući da znamo u kojem smjeru rotiramo, znanstvenici poput O'Harea mogu odrediti odakle bi trebala doći tamna tvar, gdje su zvjezdani potoci - ostaci patuljastih galaksija rastegnuti nebo - uđi.

"Tokovi su zapravo generička predviđanja o tome kako mi shvaćamo galaksije", kaže O'Hare. Većina potoka je malena i mala, ali mnoštvo bogatih podataka koje je prikupio satelit Gaia Europske svemirske agencije o udaljenosti i brzini od preko milijardu zvijezda daje istraživačima detalje potrebne za identifikaciju tokova koje je teško vidjeti s ljudskim okom. Osim toga, znanstvenici znaju da ove patuljaste galaksije ostaju s tamnom tvari.

S1 potok, identificiran zahvaljujući Gaii, oluja naš put kao uragan iz dva razloga.

"Stvarno je nevjerojatna stvar koju smo pronašli u vezi S1 to što ne sjedimo samo unutra, već smjer u kojem idemo je suprotan, mi se krećemo uzvodno." Objašnjava O'Hare. "Prilikom testiranja, kad jednom vidimo tamnu tvar, ako je S1 tok tamo, možemo biti sigurni da je signal koji smo vidjeli tamna tvar jer je možemo povezati s ovim objektom koji možemo vidjeti u prostoru."

Kako otkriti tamnu materiju?

Unatoč činjenici da tamna tvar ubija našu galaksiju u lice, otkrivanje je izazov. Eksperimenti obično stvaraju sudar i mjere energiju, svjetlost ili raspršivanje topline. Prethodni eksperimenti usmjereni na WIMP-ove gledali su na nanometarsko rasipanje, a detektabilni energetski prozor ostao je uzak. Za jasnije dokaze o struji, skupina se odlučila potražiti različite hipotetske čestice, aksione, pod eksperimentalnim uvjetima koji im omogućuju da traže rasipanje milimetarskog mjerila (još uvijek sićušno, ali prepoznatljivo) s mnogo većom šansom za uspjeh.

Prema O'Hareu, trenutni eksperimenti pokušavaju podići razinu u dva smjera. Neki istraživači čine eksperiment velikim što je više moguće, kako bi čestice imale više interakcije. S druge strane, eksponencijalno više energetskih događaja za tamnu tvar dolazi na nižim razinama energije, što zahtijeva čitanje tinier i tinier signala.

Unatoč izazovima, S1 tok postoji na obećavajućem raskrižju. "Glavna stvar koju stvarno volim kod S1 toka je da nam u osnovi daje još jednu stvar koju treba tražiti", kaže O'Hare. „To je sučelje astronomije i fizike čestica. To što nam astronomija može reći o fizici čestica i što fizika čestica može reći astronomiji."