At finde ny fysik i affald fra kolliderende neutronstjerner
Neutronstjernefusioner er et skattekammer for nye fysiksignaler, med implikationer for at bestemme mørkt stofs sande natur, ifølge forskning fra Washington University i St. Louis.
Den 17. august 2017 opdagede Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) i USA og Virgo, en detektor i Italien, gravitationsbølger fra kollisionen af to neutronstjerner. For første gang blev denne astronomiske begivenhed ikke kun hørt i gravitationsbølger, men også set i lys af snesevis af teleskoper på jorden og i rummet.
Fysiker Bhupal Dev i Arts &Sciences brugte observationer fra denne neutronstjernefusion - en begivenhed identificeret i astronomiske kredse som GW170817 - til at udlede nye begrænsninger på axion-lignende partikler. Disse hypotetiske partikler er ikke blevet observeret direkte, men de optræder i mange udvidelser af standardmodellen for fysik.
Axioner og axion-lignende partikler er førende kandidater til at sammensætte en del af eller hele det "manglende" stof, eller mørke stof, af universet, som videnskabsmænd ikke har været i stand til at redegøre for endnu. I det mindste kan disse svagt interagerende partikler tjene som en slags portal, der forbinder den synlige sektor, som mennesker ved meget om, med universets ukendte mørke sektor.
"Vi har god grund til at mistænke, at ny fysik ud over standardmodellen måske lurer lige om hjørnet," sagde Dev, førsteforfatter til undersøgelsen i Physical Review Letters og en fakultetsstipendiat ved universitetets McDonnell Center for Space Sciences.
Når to neutronstjerner smelter sammen, dannes en varm, tæt rest i en kort periode. Denne rest er en ideel grobund for eksotisk partikelproduktion, sagde Dev. "Resten bliver meget varmere end de individuelle stjerner i omkring et sekund, før den sætter sig ned i en større neutronstjerne eller et sort hul, afhængigt af de indledende masser," sagde han.
Disse nye partikler undslipper stille og roligt affaldet fra kollisionen og kan langt væk fra deres kilde henfalde til kendte partikler, typisk fotoner. Dev og hans team – inklusive WashU-alun Steven Harris (nu NP3M-stipendiat ved Indiana University), samt Jean-Francois Fortin, Kuver Sinha og Yongchao Zhang – viste, at disse undslupne partikler giver anledning til unikke elektromagnetiske signaler, der kan detekteres vha. gammastråleteleskoper, såsom NASAs Fermi-LAT.
Forskerholdet analyserede spektral og tidsmæssig information fra disse elektromagnetiske signaler og fastslog, at de kunne skelne signalerne fra den kendte astrofysiske baggrund.
Derefter brugte de Fermi-LAT-data på GW170817 til at udlede nye begrænsninger på aksion-foton-koblingen som en funktion af aksionsmassen. Disse astrofysiske begrænsninger er komplementære til dem, der kommer fra laboratorieeksperimenter, såsom ADMX, som sonderer en anden region af axionsparameterrummet.
I fremtiden kunne forskere bruge eksisterende gammastråle-rumteleskoper, såsom Fermi-LAT, eller foreslåede gammastrålemissioner, såsom WashU-ledede Advanced Particle-astrophysics Telescope (APT), til at tage andre målinger under neutronstjernekollisioner og hjælpe med at forbedre deres forståelse af axion-lignende partikler.
"Ekstreme astrofysiske miljøer, som neutronstjernefusioner, giver et nyt vindue af muligheder i vores søgen efter mørke sektorpartikler som aksioner, som kan være nøglen til at forstå de manglende 85% af alt stof i universet," sagde Dev.
Flere oplysninger: P.S. Bhupal Dev et al., First Constraints on the Photon Coupling of Axionlike Partikler fra Multimessenger Studies of the Neutron Star Merger GW170817, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.101003
Journaloplysninger: Physical Review Letters
Leveret af Washington University i St. Louis
Varme artikler
-
Model kaster nyt lys over dannelsen af terrestriske planeter og jordenBilledet viser et udsnit af Allende -meteoritten med silikatkugler på størrelse med en millimeter. Disse såkaldte kondruler blev dannet under kortvarige flashopvarmningshændelser i soltågen. Chondrit -
Flere patruljer, færre sejlere til SpaceX splashdown lørdagFra venstre, NASAs Shannon Walker, Victor Glover og Michael Hopkins, og Japans Soichi Noguchi holder en pressekonference ombord på den internationale rumstation på mandag, 26. april, 2021. De afslutte -
NASA har købt yderligere fem Crew Dragon-missioner, hvilket holder ISS i gang indtil 2030Boeings CST-100 Starliner besætningsskib nærmer sig den internationale rumstation over det sydlige Stillehav den 20. maj 2022. Kredit:NASA Den 15. november 2020 skrev NASA og SpaceX historie, da et -
Undersøgelse af ældgamle fisk tyder på, at Chicxulub-asteroiden rammer planeten opvarmet til 100,…Kunstnerisk gengivelse af Chicxulub-impaktoren, der slår den gamle jord. Kredit:Public Domain Et lille team af forskere fra USA og Tunesien har fundet beviser, der tyder på, at en enorm asteroide,
- Anvendelse af zinkcarbonat
- Hvordan virksomheder kan styrke deres leverandører til at reducere CO2-emissionerne
- Californiske brandmænd jagter nye brande antændt af lyn
- Køkken fra tidlige landmænd afsløret ved analyse af proteiner i keramik fra Çatalhöyük
- Beskyttelse af oprindelige kulturer er afgørende for at redde verdens biodiversitet
- Kanalisering af valleytronik i grafen:Forskere opdager 1-D-ledende kanaler i to-lags grafen