Astronomiya

Qaranlıq maddə üçün hazırda ən yaxın namizəd kimdir?

Qaranlıq maddə üçün hazırda ən yaxın namizəd kimdir?

Qaranlıq Maddənin varlığını öyrəndikdən sonra həm heyran oldum, həm də məyus oldum.

Günəş sistemimizdə qaranlıq maddənin sübutlarını tapa bilərikmi? Hal-hazırda Dark Matter üçün ən yaxın namizəd kimdir?

Xahiş edirəm mənə bu barədə məlumat verə biləcəyim yaxşı onlayn mənbələrin nə olduğunu bildirin?


Bu arxiv yazısında günəş sistemlərində qaranlıq maddə varsa, sıxlığı $ approx 1.4 cdot 10 ^ {- 20} frac {g} {cm ^ 3} $ -dan aşağı olmalıdır.

Mümkün cazibə təsirlərini ölçərək Günəş sistemlərindəki qaranlıq maddəni tapmağa çalışdılar.

Diqqət yetirin, mənfi nəticədir, yəni bir şey tapa bilmədilər, amma qaranlıq maddə sıxlığının ən az $ təqribən 1.4 cdot 10 ^ {- 20} frac {g} {cm ^ olacağını düşünürlər 3} $, tapmışdılar.

Bunun ola biləcəyi müxtəlif namizədlər var, hazırda ən çox ehtimal olunan WIMP-lərdir (hissəciklər yalnız cazibə qüvvəsi ilə və bəlkə də zəif təsir göstərir).


MACHO-lardan WIMP-lərə qədər - 'qaranlıq maddə' üçün ən yaxşı beş namizədlə tanış olun

Astronomlar bu şəkildəki tünd mavi halqanın əsrarəngiz qaranlıq maddə olması lazım olduğuna inanırlar. Kredit: NASA / ESA / wikimedia

Kainata baxdığımızda - hətta ən güclü teleskoplarla da - orada olmağımız lazım olan maddənin yalnız bir hissəsini görə bilərik. Əslində, kainatdakı hər bir qramlıq atom üçün "qaranlıq maddə" adlanan ən az beş qat daha çox görünməz material vardır. İndiyə qədər elm adamları onilliklər boyu axtarış aparmasına baxmayaraq bunu aşkar edə bilməyiblər.

Mövcud olduğunu bilməyimizin səbəbi, müşahidə etdiyimiz qalaktika qruplarının və digər fenomenlərin cazibə qüvvəsidir. Kümədə görə biləcəyimiz məsələ, onu yalnız cazibə qüvvəsi ilə birləşdirmək üçün kifayət deyil, yəni bəzi əlavə görünməz və ya qaranlıq bir maddənin olması lazımdır. Ancaq bunun nə olduğunu bilmirik - yeni, hələ kəşf olunmamış hissəciklərdən ibarət ola bilər.

Qaranlıq bir maddə hissəciyinin qarşılıqlı təsir göstərə biləcəyi dörd əsas qüvvə var. Atom nüvəsini bir-birinə bağlayan güclü bir qüvvə var, radioaktivlik kimi hissəciklərin çürüməsini idarə edən zəif qüvvə, yüklənmiş hissəciklər ilə cazibə qarşılıqlı əlaqəsini idarə edən cazibə qüvvəsi arasındakı qüvvəyə vasitəçilik edən bir elektromaqnit qüvvə. Kosmosdakı maddələri müşahidə etmək üçün elektromaqnit qüvvə ilə qarşılıqlı əlaqəyə girməyimiz lazımdır, çünki bu bir teleskopun qeyd edə biləcəyi işığın və ya digər elektromaqnit şüalarının sərbəst buraxılmasını əhatə edir.

Onsuz da bir neçə namizəd var - hər birinin özünəməxsus qarşılıqlı əlaqə üsulu var. Bununla birlikdə, bəzi nəzəriyyələrin başqalarına nisbətən daha müvəffəq olma ehtimalı daha yüksəkdir. Budur ən yaxşı şansı olduğunu düşündüyüm hissəciklər üçün beş namizəd.

Zəif qarşılıqlı təsir göstərən kütləvi hissəcik və ya WIMP, ümidverici görünən hipotetik hissəcikdir. Bildiyimiz maddənin tipindən tamamilə fərqli olacaq və elektromaqnit qüvvəsi ilə qarşılıqlı təsir göstərəcək və bunun niyə kosmosda çox görünməmələrini izah edəcəkdi. Bunların təxminən 100.000-i hər saniyədə Yerin hər kvadrat santimetrindən keçəcək və yalnız zəif qüvvə və ətrafdakı cazibə qüvvələri ilə qarşılıqlı təsir göstərəcəkdir.

WIMP-lər varsa, riyazi modelləşdirmə bunların normal maddədən təqribən beş qat çox olduğunu göstərir ki, bu da kainatda müşahidə etdiyimiz qaranlıq maddənin bolluğu ilə üst-üstə düşür. Bu, XENON100 kimi təcrübələrdə müşahidə edə biləcəyimiz işıq yaradaraq, yer üzündəki yüklü hissəciklərin geri çəkilməsinə səbəb ola biləcəyi üçün onları toqquşmaları ilə aşkar edə bilməliyik.

Hələ Kaluzadan əsər-əlamət yoxdur. Şəkil Redaktoru / Flickr, CC BY

WIMP-lər, xüsusən də Standart fizika modeli xaricində belə bir hissəcikin mövcud olması lazım olduğunu əvvəlcədən proqnozlaşdıran bir çox geniş araşdırma mövzusu olmuşlar - "WIMP möcüzəsi" adlandırılan bir təsadüf.

Aksiyalar, yükü olmayan və yalnız digər maddələrlə zəif qarşılıqlı olan, onları aşkar etməyi çətinləşdirən, lakin qeyri-mümkün olan aşağı kütləli, yavaş hərəkət edən hissəciklərdir. Qaranlıq maddənin görünməz təbiətini yalnız müəyyən bir kütlənin aksionları izah edə bilər - daha yüngül və ya ağır olduqda onları görə bilərik. Aksiyalar varsa, bir cüt işıq hissəciyinə (fotonlara) çürüə bilərdilər, yəni bu cütləri axtararaq onları aşkar edə bilərik. Axion Dark Matter Experiment daxil olmaqla təcrübələr hal-hazırda bu şəkildə aksiyalar axtarır.

MACHO "kütləvi astrofizik kompakt halo cisim" mənasını verir və qaranlıq maddə üçün təklif olunan ilk namizədlərdən biri idi. Neytron ulduzları və qəhvəyi və ağ cırtdanlar da daxil olmaqla bu cisimlər adi maddələrdən ibarətdir. Bəs onlar necə görünməz ola bilər? Səbəbi çox az işıq saçmasıdır.

Onları müşahidə etməyin bir yolu uzaq ulduzların parlaqlığını izləməkdir. İşıq şüaları kütləvi bir cismə yaxınlaşdıqda əyildikləri üçün uzaq bir mənbədən gələn işıq, daha yaxın bir cisim tərəfindən cismin mərkəzində dayana bilər ki, qəfildən uzaqlaşan cisim parlaq olsun. Cazibə obyektivi olaraq bilinən bu təsir, həm normal, həm də qaranlıq maddənin bir qalaktikada nə qədər olduğuna bağlıdır - ondan ətrafdakı maddələrin miqdarını hesablamaq üçün istifadə edə bilərik. Bununla birlikdə, bu qaranlıq cisimlərin mövcud olan çox miqdarda qaranlıq maddəni təşkil etmək üçün kifayət qədər yığıla biləcəyinin mümkün olmadığını indi bilirik.

4. Kaluza-Klein hissəciyi

Kaluza-Klein nəzəriyyəsi, bildiyimiz üç məkan ölçüsünə (hündürlük, genişlik, dərinlik) və zamana əlavə olaraq kosmosda bükülmüş görünməz bir "beşinci ölçünün" mövcudluğu ətrafında qurulmuşdur. Simli nəzəriyyənin öncüsü olan bu nəzəriyyə, 550-650 protonla eyni kütləyə sahib olacaq qaranlıq maddə hissəciyi ola bilən bir hissəcikin mövcudluğunu proqnozlaşdırır (bunlar neytronlarla birlikdə atom nüvəsini təşkil edir).

Bu cür hissəcik həm elektromaqnetizm, həm də cazibə qüvvəsi ilə qarşılıqlı təsir göstərə bilər. Ancaq görə bilmədiyimiz bir ölçüyə büküldükcə, yalnız göyə baxaraq müşahidə edə bilməzdik. Xoşbəxtlikdən, hissəcikləri təcrübələrdə axtarmaq asandır, çünki ölçə biləcəyimiz hissəciklərə - neytrinoya və fotona çürüməlidir. Bununla birlikdə, Böyük Hadron Çarpışıcısı kimi güclü hissəcik sürətləndiriciləri hələ bunu aşkar edə bilmirlər.

Ümumi nisbilik və "super simmetriya" nı birləşdirən nəzəriyyələr, qravitino adlanan bir hissəciyin mövcudluğunu proqnozlaşdırır. Fizikada bir çox müşahidəni izah edən müvəffəqiyyətli bir nəzəriyyə olan Supersimmetriya, foton (işıq hissəciyi) kimi bütün "bozon" hissəciklərinin "spin" (a yarım tam ilə fərqlənən açısal impuls növü). Gravitino, cazibə qüvvəsinə vasitəçilik etdiyi düşünülən fərziyyə "cazibə" nin super tərəfdaşı olacaqdır. Qravitinonun çox yüngül olduğu bəzi superqravitasiya modellərində qaranlıq maddə hesab edilə bilər.

Bu hekayə Söhbətin nəzakəti ilə dərc edilmişdir (Creative Commons-Attribution / No derivatives).


Hubble Kosmik Teleskopu Tünd Maddənin olmamasına bənzəyən 'Qəribə' Qalaktikaya bir daha nəzər saldı

2018-ci ildə astronomlar qrupu, bir qalaktikanın qaranlıq bir maddəyə sahib olmadığını, yalnız cazibə qüvvəsindən bilinən görünməz, sirli şeyləri olmadığını bildirdi. Komandanın işi şübhə ilə qarşılandı, lakin indi Hubble Space Teleskopunu istifadə edərək qalaktikanın əlavə müşahidələrindən sonra fərziyyəni iki qat artırdılar.

Bir çox qalaktikalar Samanyolu kimi nəhəng spiral formasiyalardır və ya qara dəlik şöhrəti olan M87 kimi eliptikdir. Ancaq qısaca DF2 adlandırılan qalaktika NGC1052-DF2 bu sıxlıqdan heç birinə sahib deyil. Ultra diffuzdur, yəni daha kiçik bir qalaktikanın kütləsinə sahibdir, lakin daha çox yayılmışdır. DF2, Samanyolu qədər genişdir, ancaq yüzdə yarısı qədər ulduz ehtiva edir. Bir tədqiqat qrupu, 2018-ci ildə DF2 & # x27s ultra-difüzensiyanı qaranlıq maddənin olmaması ilə izah edilə biləcəyini, bunun da əksər hallarda "yapışqan" qalaktikaları bir yerdə saxladığını söylədi. Ancaq digər astronomlar məlumatların belə bir nəticəyə çatmaq üçün kifayət qədər güclü olmadığını iddia edərək inandırılmadılar.

Komandanın nəticələrinin ikinci turu bu ay Astrophysical Journal Letters-də yayımlandı və qalaktikanın Yerdən məsafəsinin ölçülməsini dəqiqləşdirdi, bu da DF2-nin həqiqətən qaranlıq maddənin nə qədər ola biləcəyi ilə əlaqədardır.

Yale Universitetinin astronomu və yeni məqalənin həmmüəllifi Pieter van Dokkum, NASA açıqlamasında "2018-ci ildə bu qalaktikaya dair ilk Hubble müşahidələrimizlə bir addım atdıq" dedi. “Düşünürəm ki, insanlar bunu sorğulamaqda haqlı idilər, çünki bu qeyri-adi bir nəticədir. Səhv bir məsafə kimi sadə bir açıqlama olsaydı yaxşı olardı. Ancaq düşünürəm ki, həqiqətən qəribə qalaktikadırsa daha əyləncəli və daha maraqlıdır. ”

Qaranlıq maddə hələ birbaşa müşahidə olunmayıb (və bunu izah etmək üçün müxtəlif namizədlər var, ilkin qara dəliklərdən, aksiyalar kimi nəzəri hissəciklərə qədər), lakin astronomlar, qalaktikaların nə qədər sürətlə fırlandığına baxdıqda əşyaların cazibə imzasını görürlər. görünən maddə var. Baxıla bilən ulduzların qalaktikanın cazibə qüvvəsinin böyük hissəsini təşkil etdiyi görünür DF2 üçün bunu demək olmaz.

Orijinal kağızın bəzi tənqidləri qalaktikanın parlaqlığına yönəlmişdi: Tədqiqatçılar ölçmələrindəki məsafəni səhv tapsaydılar, qalaktika düşüncədən daha yaxın ola bilər və bu səbəbdən parlaqlığının nəzərdə tutduğundan daha az ulduza sahib ola bilər. Daha az ulduz, daha az DF2 & # x27 cazibəsinin görünən maddəyə aid edilə biləcəyi deməkdir və bu səbəbdən quruluşu bir yerdə tutmaq üçün daha çox qaranlıq maddə olmalıdır. Ancaq tədqiqatçıların son müşahidələrində gördükləri bu deyil.

"Demək olar ki, baxdığımız hər qalaktikada qaranlıq maddə olduğu üçün kütlənin çox hissəsini görə bilməyəcəyimizi söyləyirik" dedi Van Dokkum. “Gördüyünüz şey Hubble ilə aysberqin yalnız ucudur. Ancaq bu vəziyyətdə gördüyünüz şey əldə etdiyiniz şeydir. Hubble həqiqətən hər şeyi göstərir. Bu belədir. Yalnız buzdağının ucu deyil, bütün buzdağıdır. ”

Beləliklə, yeni sənəd üçün tədqiqatçılar Hubble'ın 40 orbitindən istifadə edərək (məşhur kosmik teleskop, təəssüf ki, hazırda işləmir) DF2 məsafəsini daha çox ölçdülər. Qalaktikanın təxmin edilən məsafəsi təqribən 22 meqaparsek və ya 72 milyon işıq ili ilə zərifləşdirilərək əvvəlki təxmin edilən 65 milyon işıq ili məsafəsindən daha da uzaqlaşdırıldı və görünən qaranlıq maddə çatışmazlığının izah edilə biləcəyi fikrinə qarşı çıxdı məsafəsinin səhv hesablanması ilə.

Max Planck Astronomiya İnstitutunun bir astronomu Nicolas Martin, yeni araşdırmanı nəzərə alaraq göndərdiyi bir elektron poçt məktubunda “bu sistemin tək və qaranlıq maddə məzmununun çox aşağı olduğu görünür. Hələ də özünəməxsus müşahidələri izah edə biləcək bəzi modellər var, amma həqiqətən bu cırtdan qalaktikanın tək olması da ola bilər. ”

Qalaktika "təəssüf ki, olduqca uzaq və öyrənilməsi çətindir, nəticədə toplanacaq məlumatların miqdarını məhdudlaşdırır" dedi Martin. “Bu, cəmiyyətin tək bir nəticəyə yaxınlaşmasının bu qədər çətin olmasının səbəbinin bir hissəsidir. Kəşf qrupunun bu son işi, Hubble ilə 62 saatlıq müşahidəni təmsil edir! ”

Bu itkin qaranlıq maddə qalaktikasının bənzərsiz və ya bənzər bir çox sistemdən biri olduğuna gəldikdə, bunu söyləmək çətindir. “Ətrafında o qədər qalaktikalar var ki, olduqca qəribə bir sistemə düşə bilərik. Ola bilsin ki, gözlənilməz bir formalaşma və təkamül keçirdi ”dedi Martin. “Yaxşısı budur ki, yaxınlaşacaq teleskoplar və sorğular həm NGC1052-DF2-ni başa düşməyi, həm də nə qədər özünəməxsus olduğuna dair mənalı məhdudiyyətlər qoymağı asanlaşdırmalıdır. Başqa sözlə, bu sistem son dərəcə nadirdir, yoxsa hazırda qalaktika meydana gəlməsi modelləri ilə asanlıqla izah olunmayan daha böyük bir əhalinin bir hissəsidir? ”


Hissəcik: Axion

Təklif olunan il: 1977 Kütlə: Təxminən 0.000000000000001 GeV

Təvazökar bir başlanğıcdan sonra aksiya indi yarışda artmaqdadır. Fiziklər əvvəlcə bu hissəciklə təbiətin dörd əsas qüvvəsindən biri olan güclü nüvə qüvvəsindəki problemi həll etməyə kömək etdi. Problem, güclü gücün həssas olduğunu hiss edən hissəciklərdir ya elektrik yükləri dəyişdirildikdə, ya da tərs çevrildikdə fərqli davranmırlar. Standart model bununla tamamilə mülayimdir, lakin tədqiqatçıları narahat edir, buna görə də qeyri-adi sərtliyi izah etmək üçün bir yol tapdılar. Yan təsir olaraq, şərhdə, kainatın aksiyalar adlanan yeni hipotetik hissəciklərlə dolu ola biləcəyi də bildirilir.

Və olduğu kimi, aksiyalar da qaranlıq maddənin hesabına uyğundur. Ayrı-ayrı hissəciklər gülünc dərəcədə aşağı bir kütləyə sahib olsa da, kainatı əmələ gətirən Böyük Partlayış başgicəlləndirici bolluqda aksiyaları söndürə bilərdi - əslində kosmosdakı bütün qaranlıq maddələri təşkil etmək üçün kifayətdir. "İlkin kainatın enerjisinin çox hissəsi bu hissəciklərə atılır" deyir Washington Universiteti fiziki Gray Rybka. "Başqa bir şeylə çox əlaqəli olmadıqları üçün kainatla bağlı bütün bu qalan məsələlərə sahib çıxacaqsan." Presto: qaranlıq maddə!

Rybka eyni zamanda Washington Universitetindəki Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) üçün həmsədrdir. ADMX, 2018-ci ildə elan edilən bir yükseltme sayəsində, bu hiper-aloof aksiyaların tutulması üçün lazımlı həssaslığa sahib ilk cihaz oldu. Baxmaq çox deyil, hər hansı bir siqnal maskalanma narahatlığını susdurmaq üçün döşəməyə batan, mütləq sıfırdan bir qədər yuxarıya qədər soyudulmuş yalnız 13 metr uzunluğunda bir metal silindr.

Əslində, içindəki bir maqnit nəzəriyyəyə görə yaxınlıqdakı aksiyaları standart radio dalğalarınıza çevirməli olan güclü bir maqnit sahəsini qovur. Bu sonsuz kiçik siqnalları aşkar etmək üçün - hər bir vattın milyarddan birinin təxminən milyardın biri - ADMX-də xüsusi hazırlanmış gücləndiricilər var. İndiyə qədər qurulmuş ən həssas radio qəbuledicidir.

Tədqiqatçılar bu anda ADMX-i mümkün aksion kütlələrini təmsil edən milyonlarla frekans vasitəsilə “tənzimləyirlər”, əksinə çubuqlarda sürüşən, mahnı parçasını tutmaq üçün sağ radiostansiyanı tutmağa çalışırlar. "Yalnız düyməni çevirməyə davam edirik" deyir Rybka. "Heyecan verici, çünki aksion kəşfi hər an gələ bilər." Axtarışın ən azı bir neçə il davam etməsi planlaşdırılır.

Bu qaranlıq maddə qaranlıq atın adına gəlincə, MIT fizikçisi Frank Wilczek. 1970-ci illərdə təsadüfi olaraq bu gün də istehsal olunan Axion deterjanını bir mağaza rəfində gördükdən sonra hazırladı. Bir növ talisman kimi, ADMX komandası da bir dəstə köpük onlayn sifariş verdi. "Uğurlar üçün əllərimizi onunla yuyuruq" deyir Rybka.


Qaranlıq maddə üçün hazırda ən yaxın namizəd nədir? - Astronomiya

İndi neytrinonun istirahət kütləsi olduğu göstərildikdə, bir daha qaranlıq maddə uydurmağa namizədlərmi?

Nötrinonun sıfırdan kənar istirahət kütləsi ilk dəfə 1960-cı illərdəki bir təcrübədə gözləniləndən daha az günəş neytronunun nə üçün aşkar edildiyini izah etmək üçün təklif edildi. Günəşdən dünyaya çatan neytrinonun sayı, neytrinonu yaradan günəşin birləşmə reaksiyalarına dair biliklərimizə əsasən proqnozlaşdırıla bilər. Proqnozlar müşahidələrə uyğun gəlmədikdə, bir neçə mümkün izahlar var idi. Ya Günəş modelləri səhv, neytrinolar haqqında məlumat səhvdir, ya da hər ikisi. Ən çox səy ikinci seçimə yönəldildi, çünki mövcud günəş modellərini dəstəkləyən Günəşin bir neçə başqa müşahidəsi var idi. Günəş neytrin problemini izah etmək üçün bir nəzəriyyə neytrinonun salınımlara məruz qalmasıdır. Sadə dildə desək, neytrinolar fərqli tatlara malikdir və hissəcik yayılanda neytrinonun xüsusi bir ləzzət olma ehtimalı dəyişə bilər. Əgər bu salınımlar həqiqətən baş verərsə (və bunları aşkarladığına inanan təcrübələr varsa), onda neytrinonun istirahət kütləsi olması tələb olunur.

Bəs bütün bunlar qaranlıq maddənin sirrinə necə uyğundur? Neytrinolar qaranlıq maddə üçün bir namizəddir, ancaq sıfırdan aşağı bir istirahət kütləsinə sahib olduqları təqdirdə. Neytrinolar yalnız zəif qüvvə və cazibə qüvvəsi ilə qarşılıqlı təsir bağışlayır, qaranlıq maddənin bariyonik (normal) maddə kimi işıqla qarşılıqlı təsir nəticəsində təsbit edilə bilməyəcəyini görərik. Həm də o qədər neytrino var ki, elektronun yalnız beşdə birinin kütləsinə sahib olsalar da, kainatdakı bütün neytrinonun kütləsi itkin maddənin əvəzini çıxara bilər. Neutrinos, isti qaranlıq maddə nəzəriyyəsinin ən böyük namizədidir, burada izah edildiyi kimi, qaranlıq maddənin yalnız soyuq qaranlıq maddə nəzəriyyəsi ilə birlikdə mümkün bir izahı olduğu düşünülür.

Bu səhifə son dəfə 27 iyun 2015-ci ildə yeniləndi.

Müəllif haqqında

Sabrina Stierwalt

Sabrina, Caltech-də tədqiqatçı olmaq üçün Los Ancelesə köçənə qədər 2009-cu ilə qədər Cornell-də aspirant idi. İndi Virginia Universitetində və Charlottesville'deki Milli Radio Astronomiya Rəsədxanasında qalaktika birləşmələrini araşdırır. Gündəlik Eynşteyn kimi həftəlik podkastında elmlə əlaqəli suallara cavab verə bilər.


Alimlər qaranlıq maddənin sirrinə işıq tuturlar

Elm adamları, Böyük Partlayış zamanı Kainatda "qaranlıq maddə" meydana gətirə biləcək bir atomun alt hissəciyini təsbit etdilər.

Kainatın% 80-ə qədəri qaranlıq maddə ola bilər, lakin on illərlə davam edən tədqiqatlara baxmayaraq, fiziki mənşəyi bir müəmma olaraq qalır. Birbaşa görülə bilməsə də, elm adamları onun cazibə qüvvəsi ilə ulduzlar və planetlər kimi görünən maddə ilə qarşılıqlı təsirindən mövcud olduğunu bilirlər. Qaranlıq maddə işığı yansıtmayan və ya yaymayan hissəciklərdən ibarətdir.

İndi York Universitetinin nüvə fizikləri, sirli maddə üçün yeni bir namizəd irəli sürürlər - bu yaxınlarda kəşf etdikləri bir hissəcik olan d-star hexaquark.

Hissəcik altı kvarkdan ibarətdir - ümumiyyətlə protonlar və neytronları meydana gətirmək üçün üçlükdə birləşən əsas hissəciklər. Vacibdir ki, bir d ulduzundakı altı kvark bir bozon hissəciyi ilə nəticələnir, yəni bir çox d ulduz olduqda proton və neytronlara çox fərqli şəkildə birləşə bilirlər.

Yorkdakı araşdırma qrupu, Big Bang’dən bir az sonra şərtlərdə bir çox d ulduzlu hexaquarların kainat soyuduqca və genişlənərək maddənin beşinci vəziyyətini - Bose-Einstein kondensatını meydana gətirdiyi üçün birləşə biləcəyini irəli sürdü.

Bu yaxınlarda York Universitetinin fizika şöbəsindən Dr.MIhail Bashkanov və professor Daniel Watts bu yeni qaranlıq maddə namizədinin həyat qabiliyyətinin ilk qiymətləndirməsini dərc etdilər.

York Universitetinin fizika bölməsindən professor Daniel Watts, "Kainatdakı qaranlıq maddənin mənşəyi elmdəki ən böyük suallardan biridir və bu günə qədər boşluq çıxardı. İlk hesablamalarımız kondensat olduğunu göstərir. d-ulduzların qaranlıq maddə üçün mümkün yeni bir namizəddir. Bu yeni nəticə xüsusilə həyəcan verici, çünki fizika üçün yeni heç bir konsepsiya tələb etmir. "

Məqalənin həmmüəllifi, York Universitetinin Fizika Bölməsindən Dr.Mihail Bashkanov dedi: "Bu yeni qaranlıq maddə namizədini qurmaq üçün növbəti addım d-ulduzların necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu daha yaxşı başa düşmək olacaq. cəlb edirlər və bir-birlərini nə vaxt dəf edirlər.

"Atom nüvəsinin içərisində d ulduzları yaratmaq və xüsusiyyətlərinin boş məkanda olduqları ilə fərqli olub olmadığını görmək üçün yeni ölçmələrə aparırıq."


UR: HaloSat ilə qaranlıq maddənin axtarışı

Lisans Araşdırmaları seriyası, araşdırma aparacağımız yerdir sənsən edir. Bir REU və ya bənzər bir astro tədqiqat layihəsində iştirak edən bir lisenziyasınız varsa və bunu Astrobites-də paylaşmaq istəyirsinizsə, daha ətraflı məlumat üçün təqdimat səhifəmizə baxın. Daha ümumi tədqiqat təcrübənizi eşitmək istərdik!

Emily Silich

Bu qonaq yazısını Emily Silich yazdı. Emily, Ayova Universitetinin astronomiya, fizika və riyaziyyat ixtisası üzrə 4-cü kurs tələbəsidir. Bu tədqiqata NASA / GSFC-də yay təcrübəçisi olaraq başladı, AAS 237-də layihənin ümumi icmalını təqdim etdi və bu il bir lisenziya fərqlənmə tezisinin nəticələrini təqdim edəcək. Tədqiqat müəllimi Philip Kaaret (UIowa HaloSat PI), Keith Jahoda (GSFC) və Lorella Angelini (GSFC).

Qalaktikalar və qalaktika qrupları kimi qaranlıq maddənin hakim olduğu cisimlərin rentgen müşahidələri 3.5 keV yaxınlığında zəif, kimliyi bilinməyən bir rentgen emissiya xətti aşkar etdi. Xətt üçün ənənəvi astrofiziki izahların fiziki cəhətdən mümkün olmadığı müəyyən edildikdən sonra, 3.5 keV xətt mübahisəli şəkildə bu Astrobitdə bəhs edildiyi kimi çürüyən qaranlıq maddə hissəciklərinin ikincil məhsulu kimi şərh edilmişdir. Xüsusi olaraq, qaranlıq maddənin təbiəti hələ də çox bilinməsə də, bir qaranlıq maddə hissəciyi namizədi keV miqyaslı steril neytrinodur ki, bu da spontan olaraq aktiv bir neytrinoya və steril neytrino kütləsinin yarısının enerjisi olan bir fotona çürüməlidir. Beləliklə, steril bir neytrinonun kütləsi ilə çürüməsi

7 keV, 3.5 keV enerjili bir foton istehsal etməli və 3.5 keV xətt xüsusiyyətini izah edə bilər.

Bu təfsir mübahisəlidir, çünki bir çox qrup Chandra və XMM-Newton kimi rentgen rəsədxanalarındakı məlumatları istifadə etdi, bəzilərinin məlumat algılamaları, bəzilərinin isə xətt aşkarlanmaması və bunları bir-birinə uyğun gəlməməsi.

Xəttin qaranlıq maddə təfsiri düzgündürsə, Samanyolu qaranlıq maddə halosundan qalaktikanın qaranlıq maddə paylanması ilə əlaqəli bir siqnal olmalıdır. HaloSat əsasən diffuz tədqiq etmək üçün hazırlanmış bir X-ray CubeSat missiyasıdır

100 dərəcə 2), CCD-yə oxşar enerji çözünürlüğü və 2 keV-dən yuxarı nisbətən sadə bir fon, Samanyolu'nun diffuz emissiyasına dair HaloSat müşahidələri Chandra və XMM-Newton kimi rəsədxanalarla müqayisə edilə bilən həssaslığa malikdir, eyni zamanda sistematiklərdən fərqli olan sistematiklərlə müşahidələr edir. CCD alətləri ilə əlaqələndirilir. Samanyolu qaranlıq maddə halosunda 3,5 keV xəttin varlığını araşdırmaq və xəttin çürüyən qaranlıq maddə hissəciklərinin şərhini yoxlamaq üçün HaloSat-dan alınan məlumatları istifadə edirik.

HaloSat (sağda) və RainCube CubeSats-ın orbitə yerləşdirildiyi ISS fotoşəkili. Sağ üstdəki günəş panelləri ISS-dəki panellərdir. Kredit: NASA.

Qaranlıq maddənin ən çox cəmləşdiyi və gözlənilən 3.5 keV siqnalın ən güclü olduğu Qalaktik Mərkəzin yaxınlığında HaloSat müşahidələrini əldə etdik, eyni zamanda diffuz emissiyanı çirkləndirəcək parlaq rentgen mənbələrindən qaçdıq. Müşahidələr 2019-cu ilin may ayından 2020-ci ilin iyul ayına qədər toplandı. X-ray spektral uyğunlaşdırma proqramından istifadə edərək müşahidələrimizdəki spektrləri təhlil etdik və hər müşahidə zamanı bütün fon töhfələrini modelləşdirdik. Hər bir müşahidənin, HaloSat’ın instrumental fonundan və astrofizik fonundan da töhvələri var; bunlar həll olunmamış ekstragalaktik rentgen mənbələrini (Kosmik X-ray Fonu kimi tanınır) və sahələrdəki qaçınılmaz parlaq rentgen nöqtəsi mənbələrini əhatə edir. Arxa planı modelləşdirdikdən sonra 3,5 keV-lik bir xəttin varlığını araşdırdıq. Samanyolu xətti üçün əvvəlki bəzi axtarışlarda əhəmiyyətli bir xətt təsbit edildiyi bildirildi

2σ və ya daha böyükdür, lakin bu gücdə bir xəttin sübutunu görmədik və buna görə hər müşahidədə 3.5 keV xəttin axınının yuxarı hədlərini təxmin etdik.

Steril neytrinonun fiziki cəhətdən maraqlı bir xüsusiyyəti, qarışıq bucağıdır ki, bu da hissəciklərin qarşılıqlı təsir nəzəriyyəsində steril və aktiv neytronlar arasındakı birləşmənin gücünü təsvir edən bir parametrdir. Daha güclü birləşmə, steril neytrinonun daha sürətli çürüməsi deməkdir ki, bu da daha güclü 3,5 keV xətti ilə nəticələnir. Beləliklə, axının yuxarı sərhədlərini 7 keV steril neytrinonun qarışdırma bucağındakı məhdudiyyətlərə çevirdik. Gələcək işimiz, 3.5 keV xəttin çürüyən qaranlıq maddə hissəciklərinin təfsiri barədə statistik cəhətdən möhkəm bir açıqlama vermək üçün sərhədlərimizin təhlilini aparmaqdır.

MAXI-dən Qalaktika Mərkəzini göstərən 2-4 keV rentgen enerjisindəki bütün səma xəritəsi. Bu iş üçün məlumatların gəldiyi HaloSat göstəriciləri də göstərilir.


Aksiyalar tədqiqatçıların gözlədikləri kainatın fosili ola bilər

Enerji və sıxlıq funksiyası olaraq CaB şəklində dəyişiklik onun istehsalı üçün dörd fərqli ssenari üçün görülə bilər. Bunlardan birini tapmaq, sadalanan əsas sualların cavablandırılmasına kömək edəcəkdir. Kredit: Dror et al.

Hipotetik hissəcik aksiyasını tapmaq, ilk dəfə Böyük Partlayışdan bir saniyə sonra Kainatda nələrin baş verdiyini tapmaq demək ola bilər. Fiziki baxış D 7 iyun.

Bu gün Kainatın keçmişinə nə qədər qayıda bilərik? Elektromaqnit spektrində, ümumiyyətlə CMB olaraq adlandırılan Kosmik Mikrodalğalı Arxa Planın müşahidələri, Kainatın proton və elektronların birləşərək neytral hidrogen əmələ gətirməsi üçün kifayət qədər soyuduğu 14 milyard ili görməyə imkan verir. QMİ bizə kosmosun təkamülü haqqında həddən artıq bir şey öyrətdi, lakin QMİ-dəki fotonlar, Big Bangdən 400.000 il sonra sərbəst buraxıldı, bu dövrdən əvvəl kainatın tarixini öyrənmək olduqca çətin idi.

Yeni bir pəncərə açmaq üçün Kavli Kainatın Fizika və Riyaziyyat İnstitutu (Kavli IPMU) baş tədqiqatçısı, Kaliforniya Universiteti, Berkeley, MacAdams Fizika və Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyası professoru, baş müəllim Hitoshi Murayama da daxil olmaqla bir nəzəri tədqiqatçı üçlüyü. , Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyası fizikası tədqiqatçısı və Kaliforniya Universiteti, Berkeley, doktorant Cef Dror (indi Kaliforniya Universitetində, Santa Cruz) və UC Berkeley Miller Tədqiqat Üzvü Nicholas Rodd, fotonların kənarına və bilinən hipotetik hissəciklər aləminə baxdılar. Kainat tarixinin ilk saniyəsində yayıla bilən aksiyalar kimi.

Məqalələrində, KMB-nin bir aksion analoqunu, yəni Kosmik aksion Fonunu və ya CaB-ni axtarmaq imkanını təklif edirlər.

Hipotetik olsa da, aksionun Kainatımızda mövcud olacağından şübhələnmək üçün bir çox səbəb var.

Birincisi, aksionlar simli nəzəriyyənin ümumi bir proqnozudur, bu günümüzdə kvant cazibə nəzəriyyəsi üçün ən yaxşı ümidlərdən biridir. Bir aksionun mövcudluğu, daha rəsmi olaraq "Güclü CP Problemi" olaraq bilinən bir məsələ olan neytron üçün elektrik dipol anını hələ ölçməməyimizə dair uzun müddətdir davam edən tapmacanın həllinə kömək edə bilər. Bu yaxınlarda, aksion qaranlıq maddə üçün ümidverici bir namizəd halına gəldi və nəticədə tədqiqatçılar sürətlə aksion qaranlıq maddə axtarırlar.

Tədqiqatçılar məqalələrində təcrübəçilərin qaranlıq maddəni axtarmaq üçün daha həssas alətlər inkişaf etdirdikləri üçün CaB şəklində başqa bir aksion işarəsinə rast gələ biləcəyinə işarə edirlər. Lakin CaB qaranlıq maddə oxları ilə oxşar xüsusiyyətləri paylaşdığına görə, təcrübələrin CaB siqnalını səs kimi atma riski var.

Bu alətlərdən birində CaB tapmaq ikiqat kəşf olar. Yalnız aksionun varlığını təsdiqləməklə kifayətlənməyəcək, eyni zamanda dünya tədqiqatçıları dərhal Kainatın yeni bir fosilinə sahib olacaqlar. CaB-nin necə istehsal edildiyinə görə tədqiqatçılar Kainatın əvvəllər heç vaxt mümkün olmayan təkamülünün müxtəlif aspektlərini öyrənə bildilər (şəkil).

"Təklif etdiyimiz budur ki, mövcud təcrübələrin məlumatları analiz etmə tərzini dəyişdirərək ilk kainatdakı qalıq eksenləri axtara bilərik. Sonra qaranlıq maddənin mənşəyi, faz keçidi haqqında məlumat əldə edə bilərik ya da Kainatın başlanğıcındakı inflyasiya. Artıq təklifimizə maraq göstərən eksperimental qruplar var və ümid edirəm ki, əvvəlki Kainat haqqında əvvəllər məlum olmayan yeni bir şey tapa bilərik "dedi Murayama.

"Kainatın təkamülü xarakterik bir enerji paylanması ilə aksiyalar yarada bilər. Hal-hazırda aksiyalardan ibarət olan kainatın enerji sıxlığını aşkar edərək, MADMAX, HAYSTAC, ADMX və DMRadio kimi təcrübələr bizə ən vacib bəzi suallara cavab verə bilər. kimi kosmologiyadakı bulmacalar, "Kainatımız nə qədər isti oldu? Qaranlıq maddənin təbiəti nədir? Kainatımız inflyasiya olaraq bilinən sürətli bir genişlənmə dövrü keçirdimi? Heç bir kosmik faza keçid olubmu? "Deyir Dror.

Yeni tədqiqat aksion qaranlıq maddə proqramı ilə əlaqədar həyəcanlanmağa səbəb verir. Qaranlıq maddə aksiyalardan hazırlanmasa da, bu alətlər Kainatın bir saniyəsindən daha az olanda bir görüntü təqdim edə bilər.

Bu iş jurnalda "Redaktorların Təklifi" olaraq qəbul edildi Fiziki baxış D.


Qaranlıq enerji araşdırması kainatın təkamülünə ən dəqiq baxışları təqdim edir

Göydəki on sahə, qaranlıq enerji kamerasının araşdırma zamanı bir neçə dəfə təsvir etdiyi "uzaq sahələr" olaraq seçildi və uzaq qalaktikalara bir nəzər saldı və onların kosmosda 3 ölçülü paylanmasını təyin etdi. Görünüş qalaktikalarla sıxlaşır - əslində bu görüntüdəki hər bir obyekt qalaktikadır. Bəzi istisnalar arasında bir neçə düz planet və öz Samanyolu'nda bir neçə ovuc ön plan ulduzu var. Kredit: Tünd Enerji Araşdırması / DOE / FNAL / DECam / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA Təşəkkürlər: T.A. Rektor (Alaska Universiteti Anchorage / NSF's NOIRLab), M. Zamani (NSF's NOIRLab) & amp D. de Martin (NSF's NOIRLab)

Qaranlıq Enerji Araşdırması, 29 yeni elmi məqalədə, kainat boyunca 7 milyard işıq ilini əhatə edən qalaktika paylanması və şəkillərinin ən böyük xəritələrini araşdırır. Anketin ilk üç ilindəki məlumatları ehtiva edən fövqəladə dərəcədə dəqiq analiz, kainatın mövcud ən yaxşı modeli olan standart kosmoloji modelinin ən güclü sınağına kömək edir. Bununla birlikdə, əvvəlki DES məlumatlarına və bu gün kainatdakı maddənin proqnozlaşdırıldığından yüzdə bir az daha az olduğuna dair digər təcrübələrə dair ipuçları qalır.

Qaranlıq Enerji Araşdırmasından (DES) alınan yeni nəticələr, kainatın tərkibi və böyüməsi tarixinə qədər ən dəqiq ölçmələr aparmaq üçün səmanın təqribən səkkizdə birində müşahidə edilən ən böyük qalaktikalar nümunəsindən istifadə edir.

DES, NSF-in NOIRLab proqramı olan Çilidəki Cerro Tololo Amerikanlararası Rəsədxanasındakı (CTIO) Milli Elm Fondunun Víctor M. Blanco 4 metrlik Teleskopundakı 570 meqapiksellik Qaranlıq Enerji Kamerasından istifadə edərək gecə səmasını təsvir edir. Dünyanın ən güclü rəqəmsal kameralarından biri olan Qaranlıq Enerji Kamerası xüsusi olaraq DES üçün dizayn edilmişdir. Enerji Departamenti (DOE) tərəfindən maliyyələşdirilib və DOE-nin Fermilab-da tikilib sınaqdan keçirilib.

Altı il ərzində, 2013-cü ildən 2019-cu ilədək, DES Blanco Teleskopunda vaxtın 30% -ni istifadə etdi və 758 gecə müşahidə zamanı yüz milyonlarla obyektin kataloqlaşdırılması ilə 5000 kvadrat dərəcəni - bütün səmanın səkkizdə birini araşdırdı. . The results announced today draw on data from the first three years—226 million galaxies observed over 345 nights—to create the largest and most precise maps yet of the distribution of galaxies in the universe at relatively recent epochs. The DES data were processed at the National Center for Supercomputing Applications at the University of Illinois at Urbana-Champaign.

"NOIRLab is a proud host for and member of the DES collaboration," said Steve Heathcote, CTIO Associate Director. "Both during and after the survey, the Dark Energy Camera has been a popular choice for community and Chilean astronomers."

At present, the Dark Energy Camera is used for programs covering a huge range of science including cosmology. The Dark Energy Camera science archive, including DES Data Release 2 on which these results are based, is curated by the Community Science and Data Center (CSDC), a Program of NSF's NOIRLab. CSDC provides software systems, user services, and development initiatives to connect and support the scientific missions of NOIRLab's telescopes, including the Blanco telescope at CTIO.

Since DES studied nearby galaxies as well as those billions of light-years away, its maps provide both a snapshot of the current large-scale structure of the universe and a view of how that structure has evolved over the past 7 billion years.

Adi maddə kainatın yalnız 5% -ni təşkil edir. Kosmoloqların cazibə qüvvəsinə qarşı çıxaraq kainatın sürətlənən genişlənməsini idarə etdiyi qaranlıq enerji, təxminən 70% -ni təşkil edir. Son 25% cazibə qüvvəsi qalaktikaları bir-birinə bağlayan qaranlıq maddədir. Both dark matter and dark energy remain invisible. DES seeks to illuminate their nature by studying how the competition between them shapes the large-scale structure of the universe over cosmic time.

The Dark Energy Survey camera (DECam) at the SiDet clean room. The Dark Energy Camera was designed specifically for the Dark Energy Survey. It was funded by the Department of Energy (DOE) and was built and tested at DOE's Fermilab. Credit: DOE/FNAL/DECam/R. Hahn/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA

To quantify the distribution of dark matter and the effect of dark energy, DES relied mainly on two phenomena. First, on large scales galaxies are not distributed randomly throughout space but rather form a weblike structure that is due to the gravity of dark matter. DES, bu kosmik ağın kainat tarixi boyunca necə inkişaf etdiyini ölçdü. The galaxy clustering that forms the cosmic web in turn revealed regions with a higher density of dark matter.

İkincisi, DES zəif cazibə obyektivi ilə qaranlıq maddənin imzasını aşkar etdi. As light from a distant galaxy travels through space, the gravity of both ordinary and dark matter in the foreground can bend its path, as if through a lens, resulting in a distorted image of the galaxy as seen from Earth. By studying how the apparent shapes of distant galaxies are aligned with each other and with the positions of nearby galaxies along the line of sight, DES scientists were able to infer the clumpiness of the dark matter in the universe.

To test cosmologists' current model of the universe, DES scientists compared their results with measurements from the European Space Agency's orbiting Planck observatory. Planck used light known as the cosmic microwave background to peer back to the early universe, just 400,000 years after the Big Bang. Planck məlumatları 13 milyard il əvvəl kainata dəqiq bir baxış verir və standart kosmoloji model qaranlıq maddənin bu günə qədər necə inkişaf edəcəyini proqnozlaşdırır.

Combined with earlier results DES provides the most powerful test of the current best model of the universe to date, and the results are consistent with the predictions of the standard model of cosmology. However, hints remain from DES and several previous galaxy surveys that the universe today is a few percent less clumpy than predicted.

Ten regions of the sky were chosen as "deep fields" that the Dark Energy Camera imaged repeatedly throughout the survey. Stacking those images together allowed the scientists to glimpse more distant galaxies. The team then used the redshift information from the deep fields to calibrate the rest of the survey region. Ölçmə və modelləşdirmə sahəsindəki bu və digər irəliləyişlər, məlumatların ilk ilə nisbətən üç qat artması ilə birlikdə, komandanın kainatın sıxlığını və yığınlığını görünməmiş bir dəqiqliklə silməsinə imkan verdi.

DES concluded its observations of the night sky in 2019. With the experience gained from analyzing the first half of the data, the team is now prepared to handle the complete dataset. Son DES analizində kainatdakı qaranlıq maddə və qaranlıq enerjinin daha dəqiq bir mənzərəsini çəkməsi gözlənilir.

The DES collaboration consists of over 400 scientists from 25 institutions in seven countries.

"The collaboration is remarkably young. It's tilted strongly in the direction of postdocs and graduate students who are doing a huge amount of this work," said DES Director and spokesperson Rich Kron, who is a Fermilab and University of Chicago scientist. "That's really gratifying. A new generation of cosmologists are being trained using the Dark Energy Survey."

The methods developed by the team have paved the way for future sky surveys such as the Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time. "DES shows that the era of big survey data has well and truly begun," notes Chris Davis, NSF's Program Director for NOIRLab. "DES on NSF's Blanco telescope has set the scene for the remarkable discoveries to come with Rubin Observatory over the coming decade."


New Candidate Particle for Dark Matter: D-Star Hexaquark

Dark matter is the mysterious substance that makes up roughly a quarter of the Universe. There is strong indirect evidence for its existence from measurements of cosmic primordial radiation, anomalies in the radial dependence of galactic rotational curves and gravitational lensing. Despite its apparently pivotal role in the Universe the physical origin of dark matter remains unknown. Scientists suspect that it is made of unseen particles that neither reflect nor absorb light, but are able to exert gravity. Two theoretical physicists at the University of York, UK, have a new candidate: a recently-discovered bosonic particle, the d*(2380) hexaquark.

A simulation of the large-scale structure of the Universe with filaments of dark matter in blue and places of galaxy formation in yellow. Image credit: Zarija Lukic / Lawrence Berkeley National Laboratory.

The d*(2380) hexaquark is composed of six quarks, the fundamental particles that usually combine in trios to make up protons and neutrons.

Importantly, the six quarks in a d*(2380) result in a boson particle, which means that when many d*(2380) are present they can combine together in very different ways to the protons and neutrons.

University of York’s Dr. MIkhail Bashkanov and Professor Daniel Watts suggest that in the conditions shortly after the Big Bang, many d*(2380) hexaquarks could have grouped together as the Universe cooled and expanded to form the fifth state of matter — Bose-Einstein condensate.

“The origin of dark matter in the Universe is one of the biggest questions in science and one that, until now, has drawn a blank,” Professor Watts said.

“Our first calculations indicate that condensates of d*(2380) hexaquarks are a feasible new candidate for dark matter.”

“This new result is particularly exciting since it doesn’t require any concepts that are new to physics.”

“The next step to establish this new dark matter candidate will be to obtain a better understanding of how the d*(2380) hexaquarks interact — when do they attract and when do they repel each other,” Dr. Bashkanov said.

“We are leading new measurements to create d*(2380) hexaquarks inside an atomic nucleus and see if their properties are different to when they are in free space.”

The team’s paper was published in the Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics.


Videoya baxın: Qaranlıq enerji və Qaranlıq maddə - Texno Məkan (Sentyabr 2021).