Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Jupiter kunne være en ideel detektor for mørkt stof

Kredit:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Så du vil finde mørkt stof, men du ved ikke hvor du skal lede. En kæmpe planet kan være præcis den slags partikeldetektor, du har brug for! Heldigvis, vores solsystem har tilfældigvis et par af dem tilgængelige, og den største og nærmeste er Jupiter. Forskerne Rebecca Leane (Stanford) og Tim Linden (Stockholm) udgav i denne uge et papir, der beskrev, hvordan gasgiganten måske har nøglen til at finde det undvigende mørke stof.

Mørkt stofs natur er et af de største igangværende mysterier i fysik lige nu. Det interagerer gravitationsmæssigt - vi kan se det holde sammen galakser, der ellers ville flyve fra hinanden - men det ser ikke ud til at interagere med normalt stof på andre måder.

De mest populære teorier hævder, at mørkt stof er en slags partikel, der enten er for lille eller for svagt interagerende til let at kunne observeres. Partikelacceleratorer og kollider-eksperimenter er blevet sat op for at smadre subatomare partikler sammen; forskere håber at se uventede mængder energi mangle fra den resulterende kollision, hvilket ville antyde en ukendt partikel, muligvis mørkt stof, undslipper detektoren. Indtil nu, intet held.

Men mørkt stof burde også være ude i naturen, og kunne tyngdekraften fanges af objekter med store gravitationsbrønde, som Jorden, solen og Jupiter. Over tid, mørkt stof kan opbygges inde i en planet eller stjerne, indtil der er tæthed nok til, at en mørk stofpartikel kan ramme en anden, tilintetgør begge dele. Selvom vi ikke kan se selve mørkt stof, vi burde kunne se resultaterne af sådan en kollision. Det ville producere højenergistråling i form af gammastråler.

Fermi Gamma-ray rumteleskopet. Kredit:NASA

Gå ind i NASAs Fermi Gamma-ray rumteleskop, opsendt i 2008 på en Delta II raket. Det har undersøgt himlen for kilder til gammastråler i over et årti nu. Forskerne Leane og Linden brugte teleskopet til at se på Jupiter, og producerede den første nogensinde analyse af den gigantiske planets gammastråleaktivitet. De håbede at se beviser for overskydende gammastråler skabt af udslettelse af mørkt stof inde i Jupiter.

Som Leane forklarer, Jupiters størrelse og temperatur gør den til en ideel detektor for mørkt stof. "Fordi Jupiter har et stort overfladeareal sammenlignet med andre planeter i solsystemet, den kan fange mere mørkt stof... Så undrer du dig måske over, hvorfor ikke bare bruge den endnu større (og meget tæt på) sol. Godt, den anden fordel er, at fordi Jupiter har en køligere kerne end solen, det giver de mørke stofpartikler mindre et termisk kick. Dette kan delvist forhindre lettere mørkt stof i at fordampe ud af Jupiter, som ville være fordampet ud af solen."

Leane og Lindens indledende undersøgelse af Jupiter har ikke fundet mørkt stof endnu. Imidlertid, der var et fristende overskud af gammastråler ved lave energiniveauer, hvilket vil kræve bedre værktøjer til at studere ordentligt. "Vi strækker virkelig Fermis grænser for at analysere sådanne lavenergigammaer, " sagde Leane. "Ser fremad, det bliver interessant at se, om kommende MeV gamma-stråleteleskoper såsom AMEGO og e-ASTROGAM finder nogen jovianske gammastråler, især i den nederste ende af vores analyse, hvor Fermis præstation lider. Måske har Jupiter stadig nogle hemmeligheder at dele."

Både AMEGO og e-ASTROGRAM teleskoperne er stadig i konceptstadiet, men de er måske bare de nødvendige værktøjer til at finde mørkt stof, og Jupiter er måske det målobjekt, man kan finde det i.

Øverst til venstre viser gammastråletallene i et 45-graders område omkring Jupiter. Øverst til højre viser den samme del af himlen, når Jupiter ikke er der (baggrunden). Nederst til venstre viser gammastrålingen, der er tilbage, når baggrunden trækkes fra. Nederst til højre viser størrelsen og positionen af ​​Jupiter fra Fermi-teleskopet. Hvis der var et overskud af gammastråler, kortet nederst til venstre skulle have lyst op ved Jupiters position. Ved disse energiniveauer, det gjorde det ikke, selvom det gjorde ved lavere energiniveauer, medfører behov for yderligere observation med nye teleskoper. Kredit:Rebecca Leane og Tim Linden

Leane og en anden kollega, Juri Smirnov (Ohio State), tror, ​​at en lignende teknik også kunne bruges til at lede efter mørkt stof i Jupiter-lignende exoplaneter eller kølige brune dværgstjerner.

Exoplaneter og brune dværge tættere på galaksens centrum, hvor der er højere tætheder af mørkt stof, bør se varmere ud i infrarød end planeter og stjerner længere væk, på grund af hyppigere udslettelse af mørkt stof i deres kerner. James Webb-rumteleskopet kan muligvis give en infrarød undersøgelse af nok planeter til at bekræfte denne teori.

Om vi ​​finder beviser for mørkt stof i en exoplanet, eller i vores egen gasgigant tæt på hjemmet, sådan en opdagelse ville markere et stort spring fremad i vores model af universet. Der er ingen garanti for enten men det er bestemt et kig værd og grunden til eftersøgningen er ved at blive lagt lige nu.


Varme artikler