Karanlık madde arayışı, ışığı yaymayan, emmeyen veya yansıtmayan ve evrenin kütlesinin çoğunu hesaba kattığı tahmin edilen zor madde türü henüz kesin sonuçlar vermedi. 1970’lerde ilk olarak teorize edilen varsayımsal temel parçacıklar, Dark Madde için en umut verici adaylar arasındadır.
Biri Università di Padova, Universidad de Zaragoza/Tu Dortmund, Deutsches Elektonen-Synchrotron Desy ve diğeri California Üniversitesi, Berkeley (UC Berkeley) tarafından toplanan iki farklı araştırma grubu, diğeri son zamanlarda, nükleer spesifikasyon tarafından toplanan x-ray spesifikasyonları kullanılarak bağımsız aramalar gerçekleştirdi. (Nustar).
Her ikisi de yayınlanan makaleleri Fiziksel İnceleme Mektuplarıbu zor karanlık madde adayları için gelecekteki arama için yeni olasılıklar açarken, eksenlerin özellikleri üzerinde daha katı kısıtlamalar ayarlayın.
“Nihai bir yargıda bulunmak için çok erken olsa da, LHC’de ve zayıf etkileşen devasa parçacık doğrudan tespit deneylerinde arama yapması, null sonuçları bildirdi, bu nedenle normal maddeyi çok zayıf bir şekilde çiftleyen yeni alt GEV parçacıklarına giderek artan ilgiyi artırıyor,” İlk makalenin ortak yazarı Edoardo Vitagliano, CEİD’a verdiği demeçte.
“Bu bağlamda, akslar şu anda standart modelin ötesinde fizik için en iyi adaylardan bazılarıdır. Bunlar, güçlü CP problemini çözmek için 1970’lerin sonlarında önerilen yeni bir parçacık olan QCD akseninin genelleştirilmesidir.”
Son makalelerinde, Vitagliano ve meslektaşları, özellikle fotonlarla etkileşimlerini tespit etmeyi amaçlayan aks aramaları yürütmek için yepyeni bir probun potansiyelini değerlendirmek için yola çıktılar. Yıldızların büyük miktarda ışık parçacıkları ürettiği bilinmektedir; Örneğin, yıldız bir plazma sürekli olarak diğer parçacıklarla zayıf etkileşimleri nedeniyle kolayca kaçabilen nötrinolar üretir. Ekibin çalışmasının arkasındaki fikir, fotonların kendileriyle zayıf bir şekilde etkileşime girebileceği benzer süreçler sırasında eksenlerin üretilebilmesidir.
“Yıldızların olağanüstü yüksek bir oranda oluştuğu M82 (Puro Galaksisi) gibi yıldız patlaması galaksilerindeki devasa yıldızlar, yoğun çekirdeklerden çıkan ve daha sonra yıldızların dışında çürüyen akslar üretebilir.” dedi Vitagliano. “Bu tür büyük yıldızlardaki sıcaklık 100 milyon Kelvin’e ulaşabildiğinden, çekirdeklerden eksenlerin çekildiği enerji yaklaşık 100 keV olabilir – bu nedenle tanısal radyografi için kullanılanlara benzer fotonlar üretir.”
Araştırmacılar, büyük yıldızlar tarafından üretilen foton akısının, aynı yıldız patlaması galaksilerinden kaynaklanan standart X-ışını sinyallerinden önemli ölçüde farklı olacağını teorize ettiler. Spesifik olarak, yavaş parçacık bozulmalarıyla indüklenen sert bir spektrum (yani, yüksek enerjili parçacıkların egemen olduğu) ve açısal yayılım (yani, farklı yönlerde ve bir dizi açı üzerinde hareket eden parçacıklar) sergileyeceklerdir.
Bu farklı röntgen sinyalleri bu nedenle eksenler için değerli bir prob olabilir. Çalışmalarının bir parçası olarak, Vitagliano ve meslektaşları, bu fikri Nustar teleskopu tarafından toplanan X-ışını görüntülerini kullanarak gösterdiler ve yeni çürüyen parçacıkları keşfetmek ve fiziği standart modelin ötesinde keşfetmek için umut verici bir araç olabileceğini gösterdiler.
“M82’nin çekirdeğinde üretilen akslar, nihayet fotonlara çürümeden önce on binlerce yıl boyunca yayılır ve galaksiyi çevreleyen bir röntgen halesi üretir,” açıkladı Damiano Fiorillo, makalenin ortak yazarı.
“Bu halenin şeklini ve yoğunluğunu belirledik ve NUSTAR teleskopunun verilerini analiz ederek, 1 ms’den fazla gözlem arasında bu sinyal için hiçbir kanıt bulamadık. Bu nedenle, aksinin fotonla etkileşime girme gücü yeterince küçük olmalı ve bu argümanı bu zayıf etkileşen parçacıklar üzerinde öncü kısıtlamalar elde etmek için kullandık.”
Vitagliano, Fiorillo ve meslektaşları tarafından yapılan son arama, eksenlerin gözlemlenmesine yol açmasa da, MEV’nin altındaki kitleler için daha önce parametre boşluğunun daha önce keşfedilmemiş kısımlarını keşfetmelerine izin verdi, M82 galaksisinin geniş bir kütle aralıklı problama aksları için güçlü bir laboratuvar olduğunu gösterdi.
“Tantalizasyonel olarak, daha fazla veri ile bu kütle aralığında bir aks sinyalinin gözlemlenmesi, örneğin nispeten düşük bir yeniden ısıtma sıcaklığına işaret eden erken evren hakkında önemli bilgiler sunacaktır (yani, enflasyonun bittiği ve birinin sıcak, termal, radyasyona hakim bir evrenle bırakıldığı sıcaklık),” dedi Vitagliano.
“Argümanımız, standart modelin ötesindeki diğer parçacıklara ve aynı zamanda farklı astrofizik kaynaklara uygulanabilir, ikincisi yeni parçacıkları üretmek için yeterince sıcak olduğu, ancak bozulmayı yavaşlatan büyük destek faktörlerinden kaçınacak kadar soğuk olduğu sürece (zaman dilatasyonu, görelilikte iyi bilinen bir fenomen) önleyecek kadar soğuk.”
Vitagliano ve meslektaşları tarafından gerçekleştirilen Axion aramasının bulguları, UC Berkeley’deki iki araştırmacı tarafından yürütülen çok benzer bir aramayla aynı zamanda yayınlandı. Bu ikinci araştırma ekibi, eksenlerin Nustar gözlemlerinden araştırılabileceğini de fark etti.
“Fikrimiz, eksenlerin yıldızlarda bolca üretilebileceği iyi bilinen literatürü tekrar gözden geçirerek başladı.” İkinci makalenin ortak yazarı Orion Ning, CEİD’a söyledi. “Galaksiler – düşünebileceğimiz en büyük yıldız popülasyonlarından üretilen aksların miktarını tahmin ederek aksi sinyalini nasıl en üst düzeye çıkarabileceğimize dair yeni bir fikirle oynamak istedik.
“Geçmişte çok daha küçük ölçeklerde yapılan bu basit fikir, özellikle yıldız popülasyonları M82 gibi verimli bir şekilde kaynak yapabilen makul bir şekilde seçilmiş galaksilerle yeni Axion parametre alanına ulaşma vaat etti.”
M82 ve diğer Starburst Galaksilerin Axion Fiziği için güçlü problar olabileceğini fark ettikten sonra, Ning ve meslektaşı Benjamin R. Safdi de bu fikri test etmeye başladı. Aramalarının temeli, yaygın olarak bir astrofizik olarak adlandırılan şeylere dayanıyordu. “ışık parlayan duvarlar” deney.
“Bu deneyin ilk adımı, galaksinin yıldız popülasyonunun yıldız iç kısımları içindeki aksi üretimini, yıldızın plazmadaki fotonlardan gelen eksenlere dönüşümünü tahmin etmektir,” açıkladı Ning. “Bu eksenler daha sonra yıldızdan akar ve bize doğru ilerledikçe, galaksinin manyetik alanlarıyla etkileşime girebilir ve daha sonra bir fotona dönüşebilirler. Bunların hepsine, aksen elektromanyetizma ile ne kadar güçlü etkileşime girdiğinden, daha sonra fotonlara ‘dönüştürmesine’ izin verir.”
Vitagliano ve meslektaşlarına benzer şekilde Ning ve Safdi, NUSTAR X-ışını teleskopu tarafından toplanan verileri de analiz ettiler ve AXion ile indüklenen aynı imzaları araştırarak “ışık.” Ayrıca, eksenlerin varlığını ima edebilecek X-ışını imzalarını tanımlamamış olsalar da, çabaları çok küçük kütlelere sahip eksenler arasındaki etkileşimlerin gücü üzerinde daha sıkı kısıtlamalar getirdi (yani 10’dan daha hafif-10 EV) ve fotonlar.
“Muhtemelen işimizin en dikkat çekici başarısı, astrofiziksel nesnelere bakarak tespit edebileceğimiz aks miktarını en üst düzeye çıkarmak için bu çok basit fikirden yararlanmaktır – bir veya birkaç yerine çok, çok sayıda yıldız kullanmak -” dedi Ning. “Heyecan verici bir şekilde, bu çalışmada büyük bir aks parametre alanı (kütle ve kuplaj) artışını araştırabiliyoruz ve tüm yıldız popülasyonlarını kullanmanın kapısını açarak, nihayet aksinin nerede olabileceğini keşfetmeye ya da en azından daralmaya yönelik uzun adımlar atabileceğimizi düşünüyoruz.”
Ning ve Safdi şimdi aynı fikir üzerine inşa eden daha fazla çalışma planlıyorlar. Gelecekteki araştırmalarında, aksların elektronlarla birleştirilmesini göz önünde bulunduran ve böylece elektron etkileşimlerinden kaynaklanan eksenler üretebilen galaktik yıldız popülasyonlarına odaklanan benzer bir arama yapmayı planlıyorlar.
“Benzer şekilde, şu anda bu hikayenin nükleonlara (yani nötronlar ve protonlara) bağlanarak üretilebileceği bu hikayenin başka bir varyasyonunu bitiriyoruz ve bunun ortaya çıkabileceği, nükleer fizik ve kimyayı içeren bazı ilginç mekanizmalar var,” Ning eklendi.
“Oynadığımız diğer çeşitli fikirler de var – mesele, aksın nasıl ortaya çıkabileceğini tam olarak bilmiyoruz, bu yüzden kesin olarak keşfetmek veya ekaryonu dışlamak istiyorsak düşünebileceğimiz tüm talimatları keşfetmeye devam etmeliyiz.”
Vitagliano ve meslektaşları, yerçekimi cazibe nedeniyle kaynaklarına yakın kalabilecek farklı parçacık modellerini ve prob parçacıklarını keşfetmek için ek çalışmalar planlıyorlar. “havza.” Bu varsayılan havzayı M82 etrafında gözlemlemeye çalışacaklar, ayrıca integral gibi diğer teleskoplardan gelen verilere güvenecekler.
