Astrofysikers forskning kunne give et hint i søgen efter mørkt stof

Mørkt stof er et af videnskabens største mysterier. Det absorberer, reflekterer eller udsender ikke lys, så vi kan ikke se det. Men dets tilstedeværelse antydes af de gravitationsmæssige virkninger, det ser ud til at have på galakser.

Selvom mørkt stof udgør omkring 85 % af kosmos, ved forskerne meget lidt om dets grundlæggende natur.

Teorier florerer, og forskning af Clemson University postdoc-stipendiat Alex McDaniel giver nogle af de mest stringente begrænsninger for mørkt stofs natur endnu. Hans forskning afslører også en lille antydning af et signal om, at hvis det er rigtigt, kan det bekræftes engang i det næste årti eller deromkring.

Værket er publiceret i tidsskriftet Physical Review D .

"Med dataindsamling og nye opdagelser i fremtiden kan dette lille tip potentielt blive til en meget konkret påvisning af en mørk stofmodel," sagde McDaniel.

At opdage mørkt stof ville være banebrydende.

"Mørkt stof er en af ​​de vigtigste ting inden for astrofysik, og vi ved næsten intet om det. At opdage det vil være et enormt gennembrud," siger Marco Ajello, der er lektor i Clemson Institut for Fysik og Astronomi og McDaniels rådgiver. "Den, der opdager, kan vinde en Nobelpris. Den er så stor."

I dette arbejde søgte McDaniel og samarbejdspartnere efter mørkt stof i dværggalakser, der selv udslettes til almindeligt stof og gammastråler, en form for lys på de højeste energiniveauer. Dværggalakser er ideelle til undersøgelse, fordi de er små, rige på mørkt stof og for det meste mangler andre astrofysiske fænomener såsom gas, støv og supernova, der kan forurene resultaterne.

"Vi leder efter disse, fordi de ideelt set giver os et rent signal eller giver os mulighed for at udelukke visse partikelteorier," sagde McDaniel.

Nogle modeller forudsiger, at mørkt stof har en bestemt masse eller tværsnit, hvilket er sandsynligheden for, at en specifik begivenhed opstår på grund af partiklernes interaktion. Det ville afgøre, hvad forskerne ville forvente at se i gammastråler. Hvis de ikke ser det, kan de udelukke de masser og tværsnit, sagde han.

"I dette papir udelukker vi mere og siger, at mørkt stof ikke kan have disse masser eller tværsnit," sagde Chris Karwin, en tidligere postdoc ved Clemson og medforfatter af undersøgelsen. Karwin er nu postdoc ved NASA Goddard Space Flight Center. "Men sammenlignet med tidligere undersøgelser begynder vi at se en antydning af noget, der kan være et signal fra disse systemer."

McDaniels undersøgelse bruger de større prøver, der inkluderer yderligere opdagede dværggalakser og større mængder data end tidligere undersøgelser. Han inkluderede omkring 50 dværggalakser i sin undersøgelse, men sagde, at med nye, kraftigere teleskoper, der kommer online i den nærmeste fremtid, forventer han, at tallet vil stige til 150-200.

"De nye teleskoper er dybest set dværggalaksedetektorer," sagde han. "Vi fremskriver med disse forbedringer, at det er muligt, at i stedet for blot at have en lille antydning af et signal, kan vi have noget, der er en bona fide-detektering."

Ajello tilføjede:"Hvis det [signalet] er ægte, vil det til sidst blive bekræftet."

Flere oplysninger: Alex McDaniel et al., Legacy-analyse af udslettelse af mørkt stof fra Mælkevejens dværg-sfæroidale galakser med 14 års Fermi-LAT-data, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.063024 På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2311.04982

Leveret af Clemson University