Nová omezení přítomnosti lehké temné hmoty v Mléčné dráze

Očekává se, že většinu hmoty ve vesmíru tvoří temná hmota, tvořená částicemi, které neodrážejí, nevyzařují ani neabsorbují světlo. Nedostatek interakcí se světlem však brání jeho přímé detekci pomocí konvenčních experimentálních metod.

Fyzici se po desetiletí pokoušeli vymyslet alternativní metody pro detekci a studium temné hmoty, ale mnoho otázek o její povaze a přítomnosti v naší galaxii zůstává nezodpovězeno. Experimenty Pulsar Timing Array (PTA) se pokoušejí ověřit existenci takzvaných ultralehkých částic temné hmoty zkoumáním milisekundového časování řady galaktických rádiových pulsarů (tj. nebeských těles, která vysílají pravidelné milisekundové pulsy rádiových vln).

European Pulsar Timing Array, mezinárodní tým výzkumníků z různých ústavů, který používá 6 radioteleskopů po celé Evropě k pozorování konkrétních pulsarů, nedávno analyzoval druhou vlnu dat, která shromáždili. Jejich papírpublikoval v Fyzické kontrolní dopisyklade přísnější omezení na přítomnost lehké temné hmoty v Mléčné dráze.

„Tento článek byl v podstatě výsledkem mého prvního doktorandského projektu,“ řekl Phys.org Clemente Samara, spoluautor článku. „Nápad vznikl, když jsem požádal svého vedoucího, zda bych mohl provést výzkum zaměřený na vědu o gravitačních vlnách, ale z pohledu částicové fyziky. Hlavním cílem projektu bylo omezit existenci takzvané lehké temné hmoty v naší galaxii.“

Světlá temná hmota je hypotetickým kandidátem na temnou hmotu, skládající se z extrémně lehkých částic, které by mohly vyřešit dlouhotrvající záhady v astrofyzice. Nejnovější studie provedená Samarou a jeho kolegy byla zaměřena na ověření možnosti přítomnosti tohoto typu temné hmoty v naší galaxii prostřednictvím dat shromážděných evropským pulsarovým časovacím polem.

„Inspirovali jsme se předchozím úsilím v této oblasti, zejména tím Práce Burayko a jejích spolupracovníků„Díky delšímu trvání a lepšímu rozlišení našeho souboru dat jsme byli schopni zavést přísnější omezení na přítomnost lehké temné hmoty v Mléčné dráze,“ řekla Samara.

Nejnovější článek European Pulsar Timing Array obsahuje jiné předpoklady než jiné studie provedené v minulosti. Místo zkoumání interakcí mezi temnou hmotou a běžnou hmotou předpokládá, že k těmto interakcím dochází pouze prostřednictvím gravitačních efektů.

„Předpokládali jsme, že temná hmota interaguje s běžnou hmotou pouze prostřednictvím gravitační interakce,“ vysvětlila Samara. „Toto je poměrně silné tvrzení: ve skutečnosti jediná jistá věc, kterou o temné hmotě víme, je ta, že interaguje s gravitací. Zkrátka temná hmota vytváří potenciální studny, ve kterých putují pulzující rádiové paprsky. Ale hloubka těchto studní je periodická.“ , a tak doba cesty Rádiový paprsek z pulsarů na Zemi se také mění se zřetelnou periodicitou.

Hledáním přesně tohoto efektu ve druhé vlně dat z European Pulsar Timing Array byli Samara a jeho kolegové schopni umístit nová omezení na přítomnost velmi světlé temné hmoty kolem pulsarů. European Pulsar Timing Array shromažďuje tato data téměř 25 let pomocí 6 pokročilých radioteleskopů umístěných na různých místech po Evropě.

„Na základě našich analýz můžeme vyloučit, že ultralehké částice v určitém rozsahu hmotností by mohly tvořit celé množství temné hmoty,“ řekla Samara. „Takže, kdyby tam byli, stále bychom potřebovali něco jiného, ​​abychom vysvětlili, co vidíme. Tento výsledek je poměrně robustní, protože jsme se zaměřili na gravitační interakci temné hmoty, což je jediná věc, kterou víme jistě.“

Nedávná práce European Pulsar Timing Array ukazuje, že lehké částice s hmotností 10−24,0 eV≲m≲10−23,3 eV nemohou tvořit 100 % naměřené místní hustoty temné hmoty a mohou mít místní hustotu ρ≲0,3 na většině území. . Jeff/cm³. Tato nová omezení by mohla vést další výzkum v této oblasti, což by mohlo být přínosem pro budoucí hledání nepolapitelného kandidáta na temnou hmotu.

„Nyní plánuji prozkoumat, zda pulsary mají signatury, které nám mohou říci více o temné hmotě,“ dodala Samara. „Kromě toho se obecně zajímám o vědu o PTA, takže bych také rád pracoval na astrofyzikálním modelování binárních systémů supermasivních černých děr, což je považováno za přesvědčivé vysvětlení pozadí náhodných gravitačních vln, které jsme nedávno pozorovali.“