Dark Matter Hurricane gir bedre sjanse til å identifisere aksjonspartikler

Hodet opp, vi er i en orkan vi ikke kan se. Dens supermakt av usynlighet kommer fra det faktum at den er laget av mørk materie.

Og astropartikkelfysikere fant en utmerket bruk for denne usynlige orkanen: løse mysteriet om hva som utgjør det mystiske stoffet. I et papir publisert 7. november i tidsskriftet Fysikk gjennomgang D, forskere fra Universidad de Zaragoza, King's College London og Storbritannias institutt for astronomi spår høyere muligheter for å identifisere mørk materie ved å bruke detaljerte satellittdata om stjernens bevegelser.

En påminnelse om at menneskeheten er et fall i universets bøtte

Summen av normal masse observert av menneskeheten - katten din, solen, en Tide pod - utgjør mindre enn fem prosent av universet. Om lag 68 prosent er mørk energi, og de siste 27 prosent er mørkt materiale. Bare mørkt rom laget av hvem-vet-hva som potensielt kjører den akselererende utvidelsen av universet. Av de nåværende teoriene gis forskere svakt Interacting Massive Particles (WIMPs) eller axions som mysteriumpartikkelen.

Vi svømmer i utgangspunktet, hvilke forskere som Ciaran A. J. O'Hare, Ph.D., en teoretisk fysikk postdoc ved Universitetet i Zaragoza og studiens første forfatter, kaller "mørk materievind".

«Årsaken til at vi bruker dette uttrykket er at vi er innebygd i en mørk mørk materie, og vi roterer i galaktisk plate (dette roterende hjulet med stjerner og gass), men haloen er veldig annerledes," forteller O'Hare. Omvendt. "Det er ingen disk av mørk materie, ingen foretrukket rotasjon, bare buzzing rundt i tilfeldige retninger."

I utgangspunktet kan vi ikke vite hva partikkelen er, men siden vi kjenner retningen vi roterer, kan forskere som O'Hare bestemme hvor mørkt materie skal komme fra, som er hvor stjernestrømmer - restene av dverggalaksjer strekkes over himmelen - kom inn

"Strømmer er virkelig generiske spådommer om hvordan vi forstår galakser til å danne," sier O'Hare. De fleste strømmer er klumpete og små, men et vell av rike data samlet inn av det europeiske romfartsselskapets Gaia-satellitt på avstanden og hastigheten på over en milliard stjerner gir forskerne de nødvendige detaljene for å identifisere bekker som er vanskelige å se med menneskets øye. I tillegg vet forskerne at disse dverggalaksene er kommet med mørk materie.

S1-strømmen, identifisert takket være Gaia, stormer oss som en orkan av to grunner.

"Den virkelig slags bemerkelsesverdig ting vi fant om S1 er at vi ikke bare sitter inne, men den retningen vi går er motsatt, vi beveger oss oppstrøms." Forklarer O'Hare. "Når vi ser det mørke saken, når S1-strømmen er der, kan vi være ekstra sikre på at signalet vi har sett er mørkt, fordi vi kan knytte det til dette objektet vi kan se ut i rommet."

Hvordan oppdager vi mørkt materiale?

Til tross for det faktum at mørkt materiale slår vår galakse i ansiktet, viser deteksjonen en utfordring. Eksperimenter oppretter vanligvis en kollisjon og måler energi, lys eller varme spredning. Tidligere eksperimenter som målrettet mot WIMPs, så på nanometer-scatter, og det detekterbare energifeltet forblir smalt. For klarere bevis på strømmen valgte gruppen å lete etter forskjellige hypotetiske partikler, axioner, under eksperimentelle forhold som tillater dem å lete etter millimeterskala spredning (fortsatt liten, men detekterbar) med en mye større sjanse for suksess.

Nåværende eksperimenter prøver å level-up i to retninger, ifølge O'Hare. Noen forskere gjør eksperimentet så stort som mulig, for å gi partikler mer å kommunisere med. På den annen side opptrer eksponentielt flere energihendelser for mørk materie på lavere energinivåer, noe som krever at man leser tynnere og tynnere signaler.

Til tross for utfordringene eksisterer S1-strømmen på et lovende veikryss. "Det viktigste jeg virkelig liker om S1-strømmen er at det i utgangspunktet gir oss en annen ting å lete etter, sier O'Hare. "Det er grensesnittet til astronomi og partikkelfysikk. Det er hva astronomi kan fortelle oss om partikkelfysikk, og hvilken partikkelfysikk kan fortelle astronomi."