От какво е направена тъмната материя? Група кандидати за нови изследвания Slash

Изображение на тъмната материя с космически телескоп с гама-лъчи Ферми

Три скорошни проучвания, използващи космическия телескоп с гама-лъчи Fermi, търсят доказателства за гама-лъчи за тъмна материя, стеснявайки идентичността на странното вещество. (Кредит на изображението: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)

Още трима кандидати от тъмна материя току-що изхапаха праха.

От 2008 г. орбиталният космически телескоп на Ферми за гама-лъчи на НАСА събира доказателства за най-мощните експлозии и емисии на наблюдаваната Вселена. Това мощно прозрение помогна на изследователите в три различни скорошни проучвания да стеснят материалите, които могат да образуват мистериозна тъмна материя.

„Търсихме обичайните заподозрени на обичайните места и не намерихме солидни сигнали, затова започнахме да търсим по някои творчески нови начини“, казва Джули МакЕнери, учен по проекта Fermi от Центъра за космически полети на Годард в НАСА в Мериленд. изявление. [ Тъмната материя и тъмната енергия: Разкритата мистерия (инфографика) ]

Трансформаторни частици?

Настоящите хипотези предполагат, че четири пети от масата на Вселената се състои от мистериозен материал, който учените не могат да наблюдават директно, който изследователите наричат ​​тъмна материя. Веществото става известно чрез начина, по който галактиките се въртят и огъват светлината около тях, което предполага, че тези небесни структури имат по -голяма маса, отколкото наблюдателите могат да видят.

Наблюденията на Ферми за центъра на Млечния път и за галактиките джуджета преди това помогнаха на изследователите да премахнат различни частици, позиционирани като съставки на тъмната материя. Ново проучване, публикувано на 20 април в списанието Писма за физически преглед , търсеше странен кандидат-хипотетични частици, наречени аксиони, или частици, които действат като тях (наречени аксионни), които могат да се трансформират в светлинни лъчи и обратно, когато са изложени на силни магнитни полета.

Изследователите измерват гама-лъчи, идващи от NGC 1275, галактика в галактическия клъстер Персей, за да видят дали тези емисии са били трансформирани в частици, подобни на аксион (конкретен кандидат за тъмна материя) и обратно в гама-лъчи, когато се натъкнат на магнитни полета. Подобна трансформация би довела до спектър със стъпки и пропуски, като кривата в долната илюстрация, но вместо това изследователите видяха крива като горната-което предполага, че няма частици, подобни на аксион в диапазона, който учените изследват.

Изследователите измерват гама-лъчи, идващи от NGC 1275, галактика в галактическия клъстер Персей, за да видят дали тези емисии са били трансформирани в частици, подобни на аксион (конкретен кандидат за тъмна материя) и обратно в гама-лъчи, когато се натъкнат на магнитни полета. Подобна трансформация би довела до спектър със стъпки и пропуски, като кривата в долната илюстрация, но вместо това изследователите видяха крива като горната-което предполага, че няма частици, подобни на аксион в диапазона, който учените изследват.(Изображение кредит: SLAC National Accelerator Laboratory/Chris Smith)

Изследователите са използвали телескопа с голяма площ (LAT) на Ферми, за да наблюдават гама-лъчи, излъчвани от галактиката с висока енергия NGC 1275, в галактическия клъстер Персей. Такива гама-лъчи биха преминали през горещия газ и магнитните полета в останалата част от клъстера, което потенциално би могло да накара светлината с висока енергия да премине към частици, подобни на аксион, и обратно, казват изследователите.

Докато учените не могат да открият тези частици директно, гама-лъчите, преминали през тази трансформация, ще запазят сувенирен набор от пропуски в техните електромагнитни спектри.

Но членовете на изследователския екип не откриха тези издайнически признаци в своите измервания на гама-лъчи, което предполага, че тъмната материя не е направена от частици, подобни на аксион с определен диапазон от маси, казаха изследователите.

„Въпреки че все още не знаем какво е тъмната материя, нашите резултати показват, че можем да изследваме модели, подобни на аксиони, и да осигурим най-силните ограничения досега за определени маси“, казва Мануел Майер, изследовател от Стокхолмския университет в Швеция и водещ автор на проучване, се казва в същото изявление. 'Забележително е, че достигнахме чувствителност, която смятахме, че ще бъде възможна само в специален лабораторен експеримент, който е доста свидетелство за Ферми.'

Втората по големина спътникова галактика в Млечния път, наречена Малък Магеланов облак, изглежда има голям отпечатък от тъмна материя, представен графично в дясната половина на това изображение. Изследователите търсят следи от гама-лъчи на тази концентрирана тъмна материя, но не го правят

Втората по големина спътникова галактика в Млечния път, наречена Малък Магеланов облак, изглежда има голям отпечатък от тъмна материя, представен графично в дясната половина на това изображение. Изследователите търсят следи от гама-лъчи на тази концентрирана тъмна материя, но не откриват такива.(Кредит на изображението: Тъмна материя, Р. Капуто и др. 2016; фон, Аксел Мелинджър, Централен Мичигански университет)

WIMP в облака?

Астрономите знаят повече за това какво не е тъмната материя, отколкото за това какво представлява тя. Вижте какво знаят учените за тъмната материя в тази инфографика на demokratija.eu.

Астрономите знаят повече за това какво не е тъмната материя, отколкото за това какво представлява тя. Вижте какво знаят учените за тъмната материя в тази инфографика на demokratija.eu .(Изображение кредит: Карл Тейт, художник на инфографиката на demokratija.eu)

Популярен модел за тъмната материя твърди, че те са слабо взаимодействащи масивни частици (WIMPs), които не взаимодействат силно с обикновената материя, но могат да се сблъскат една с друга и да отделят гама-изблици. (Много други проучвания, като свръхчувствителния експеримент LUX, се фокусират върху откриването на редки взаимодействия на WIMP с ежедневни частици.)

В отделно проучване група изследователи са използвали Ферми за изследване на Малкия Магеланов облак (SMC), сателитна галактика, която обикаля около Млечния път. Тъй като тази малка галактика е добре разбрана, изследователите успяха да сравнят очакваното излъчване на гама-лъчи с действителното, измерено количество. Учените установиха, че не се излъчва допълнително гама-лъчение в резултат на сблъсък на WIMP на определени маси.

Въз основа на подробни измервания на въртенето на галактиката, учените биха могли да определят колко тъмна материя да очакват в галактиката - и ако тази тъмна материя е съставена от определен аромат на WIMP, според изследователите, те трябваше да могат да открият допълнителната изход на гама-лъчи.

„LAT определено вижда гама-лъчи от SMC, но можем да ги обясним чрез конвенционални източници“, казва Регина Капуто, изследовател от Калифорнийския университет в Санта Круз и водещ автор на работата. 'Не е установено, че сигнал от унищожаването на тъмната материя е статистически значим.' [ Кандидатът за тъмна материя 'стерилни неутрино' частици все още е загадка (видео) ]

Изследването е публикувано на 20 април в списанието Физически преглед D .

Телескопът Ферми

Изгледът на телескопа Fermi за излъчване на гама-лъчи в небето от първите три месеца и седем години на измервания. Извънгалактическият гама-фон, показан в синьо, е почти напълно обяснен от извънгалактични източници като блазари (червени и бели).(Кредит на изображението: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)

WIMPs навсякъде?

Трето проучване, направено в Националната ускорителна лаборатория SLAC на Министерството на енергетиката на САЩ в Калифорния, търси и WIMP, но насочи погледа си много по -навън.

Изследователите в това проучване се фокусират върху извънгалактическо фоново излъчване - баража от фотони отвъд Млечния път, който е отговорен за 10 трилионни части от слънчевото изгаряне . Гама-лъчевата лента на това фоново излъчване идва най-вече от източници като блазари , галактики, които генерират много високоенергийна светлина, когато газът попадне в техните централни свръхмасивни черни дупки.

Изследването, публикувано на 14 април в списанието Писма за физически преглед , анализирани гама-лъчи с извънгалактичен фон, открити за 6,5 години LAT измервания. Изследователите се опитаха да видят дали блазарите и други източници на гама-лъчи могат да обяснят всички тези открития, като установиха, че могат. Не са необходими сривове или разпадане на WIMP, за да се обясни радиацията, казват изследователите.

„Остава много малко място за сигнали от екзотични източници във фона на извънгалактичния гама-лъч, което от своя страна означава, че всеки принос от тези източници трябва да е доста малък“, казва Марко Айело, изследовател от университета Клемсън в Южна Каролина и един от ръководителите на изследването, се казва в изявлението. „Тази информация може да ни помогне да поставим ограничения за това колко често частиците на WIMP се сблъскват или разпадат.“ (С други думи, тъмната материя не е вид WIMP, който би допринесъл значителни гама-лъчи към извънгалактическия фон.)

Изследователите вече знаят още три случая на това какво точно не е тъмната материя, като дърпат мрежата по -здраво какво би могло да бъде. Това търсене продължава както в космоса, така и на земята, се казва в изявлението на представители на НАСА.

Изпратете имейл на Сара Левин на slewin@demokratija.eu или я последвайте @SarahExplains . Последвай ни @Spacedotcom , Facebook и Google+ . Оригинална статия на demokratija.eu .