Forskere leder efter mørkt stof tæt på hjemmet

85 procent af universet består af mørkt stof, men vi ved ikke hvad, Nemlig, det er.

En ny undersøgelse fra University of Michigan, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og University of California, Berkeley har udelukket, at mørkt stof er ansvarlig for mystiske elektromagnetiske signaler, der tidligere er observeret fra nærliggende galakser. Inden dette arbejde var der store forhåbninger om, at disse signaler ville give fysikere hårde beviser for at hjælpe med at identificere mørkt stof.

Mørkt stof kan ikke observeres direkte, fordi det ikke absorberer, reflektere eller udsende lys, men forskere ved, at den eksisterer på grund af den virkning, den har på andet stof. Vi har brug for mørkt stof for at forklare tyngdekræfter, der holder galakser sammen, for eksempel.

Fysikere har foreslået, at mørkt stof er en nært beslægtet fætter til neutrinoen, kaldes den sterile neutrino. Neutrinoer - subatomære partikler uden ladning og som sjældent interagerer med stof - frigives under atomreaktioner, der finder sted inde i solen. De har en lille mængde masse, men denne masse forklares ikke af standardmodellen for partikelfysik. Fysikere foreslår, at den sterile neutrino, en hypotetisk partikel, kunne stå for denne masse og også være mørkt stof.

Forskere bør være i stand til at opdage den sterile neutrino, fordi den er ustabil, siger Ben Safdi, medforfatter og adjunkt i fysik ved U-M. Det henfalder til almindelige neutrinoer og elektromagnetisk stråling. For at opdage mørkt stof, derefter, fysikere scanner galakser for at jage efter denne elektromagnetiske stråling i form af røntgenstråling.

I 2014, et skelsættende arbejde opdagede overskydende røntgenemission fra nærliggende galakser og galaksehobe. Emissionen syntes at være i overensstemmelse med det, der ville opstå ved henfald af sterilt neutrino mørkt stof, Sagde Safdi.

Nu, en metaanalyse af rådata taget af XMM-Newton-rummet røntgenteleskop af objekter i Mælkevejen over en periode på 20 år har ikke fundet tegn på, at det sterile neutrino er det, der omfatter mørkt stof. Forskergruppen omfatter U-doktoranden Christopher Dessert og Nicholas Rodd, en fysiker med Berkley Lab teorigruppe og Berkley Center for Teoretisk Fysik. Deres resultater offentliggøres i tidsskriftet Videnskab .

"Dette papir og opfølgningsarbejde fra 2014 bekræftede, at signalet genererede en betydelig interesse i astrofysik- og partikelfysikens samfund på grund af muligheden for at vide, for første gang, præcis hvad mørkt stof er på et mikroskopisk niveau, "Safdi sagde." Vores fund betyder ikke, at det mørke stof ikke er en steril neutrino, men det betyder, at der-modsat hvad der blev hævdet i 2014-endnu ikke er noget eksperimentelt bevis, der peger på dets eksistens. "

Rumbaserede røntgenteleskoper såsom XMM-Newton-teleskopet, pege på miljøer, der er rige på mørke stoffer, for at søge efter denne svage elektromagnetiske stråling i form af røntgensignaler. Opdagelsen fra 2014 kaldte røntgenemissionen "3,5 keV-linjen"-keV står for kilo-elektronvolt-på grund af hvor signalet optrådte på røntgendetektorer.

Forskergruppen søgte efter denne linje i vores egen Mælkevej ved hjælp af 20 års arkivdata taget af XMM-Newton-røntgenteleskopet. Fysikere ved, at mørkt stof samler sig omkring galakser, så da tidligere analyser så på nærliggende galakser og galaksehobe, hvert af disse billeder ville have fanget en kolonne i Mælkevejens mørke stof -glorie.

Holdet brugte disse billeder til at se på den "mørkeste" del af Mælkevejen. Dette forbedrede følsomheden i tidligere analyser markant efter sterilt neutrino mørkt stof, Sagde Safdi.

"Overalt ser vi, der burde være en vis strøm af mørkt stof fra Mælkevejen, "sagde Berkeley Lab's Rodd, på grund af vores solsystems placering i galaksen. "Vi udnyttede det faktum, at vi lever i et glorie af mørkt stof" i undersøgelsen.

Christopher Dessert, en studieforfatter, der er fysikforsker og ph.d. studerende på U-M, de galaksehobe, hvor 3,5 keV -linjen er observeret, har også store baggrundsignaler, som fungerer som støj i observationer og kan gøre det svært at identificere specifikke signaler, der kan være forbundet med mørkt stof.

"Grunden til, at vi kigger gennem den galaktiske mørke stofhalo i vores Mælkevejs galakse, er, at baggrunden er meget lavere, "Sagde desserten.

For eksempel, XMM-Newton har taget billeder af isolerede objekter som individuelle stjerner i Mælkevejen. Forskerne tog disse billeder og maskerede objekter af original interesse, efterlader uberørte og mørke miljøer, hvor man kan søge efter mørket stofs forfald. Kombination af 20 års sådanne observationer tillod en sonde af sterilt neutrino mørkt stof til hidtil usete niveauer.

Hvis sterile neutrinoer var mørkt stof, og hvis deres forfald førte til en emission af 3,5 keV -ledningen, Safdi og hans medforskere skulle have observeret den linje i deres analyse. Men de fandt ingen tegn på sterilt neutrino mørkt stof.

"Mens dette arbejde gør, desværre, kaste koldt vand på det, der lignede det, der kunne have været det første bevis for den mikroskopiske natur af mørkt stof, det åbner en helt ny tilgang til at lede efter mørkt stof, som kan føre til en opdagelse i den nærmeste fremtid, "Sagde Safdi.