Forudsigelse af mørkt stofs sammensætning

En ny analyse foretaget af et hold fysikere tilbyder et innovativt middel til at forudsige "kosmologiske signaturer" for modeller af mørkt stof.

Et hold fysikere har udviklet en metode til at forudsige sammensætningen af ​​mørkt stof - usynligt stof, der kun opdages af dets tyngdekraft på almindeligt stof, og hvis opdagelse længe har været søgt af videnskabsmænd.

Dens arbejde, som vises i tidsskriftet Physical Review Letters , centrerer sig om at forudsige "kosmologiske signaturer" for modeller af mørkt stof med en masse mellem elektronens og protonens masse. Tidligere metoder havde forudsagt lignende signaturer for enklere modeller af mørkt stof. Denne forskning etablerer nye måder at finde disse signaturer i mere komplekse modeller, som eksperimenter fortsætter med at søge efter, bemærker avisens forfattere.

"Eksperimenter, der søger efter mørkt stof, er ikke den eneste måde at lære mere om denne mystiske type stof," siger Cara Giovanetti, en Ph.D. studerende ved New York University's Department of Physics og hovedforfatteren af ​​papiret.

"Nøjagtighedsmålinger af forskellige parametre i universet - for eksempel mængden af ​​helium i universet eller temperaturerne af forskellige partikler i det tidlige univers - kan også lære os meget om mørkt stof," tilføjer Giovanetti og skitserer den beskrevne metode. i Physical Review Letters papir.

I forskningen, udført sammen med Hongwan Liu, en postdoc-stipendiat fra NYU, Joshua Ruderman, en lektor i NYU's Institut for Fysik, og Princeton-fysiker Mariangela Lisanti, fokuserede Giovanetti og hendes medforfattere på big bang-nukleosyntese (BBN) - en proces af hvilke lette former for stof, såsom helium, brint og lithium, der skabes. Tilstedeværelsen af ​​usynligt mørkt stof påvirker, hvordan hvert af disse elementer vil dannes. Vital for disse fænomener er også den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB) – elektromagnetisk stråling, genereret ved at kombinere elektroner og protoner, som blev tilbage efter universets dannelse.

Holdet søgte et middel til at opdage tilstedeværelsen af ​​en specifik kategori af mørkt stof – der har en masse mellem elektronens og protonens masse – ved at skabe modeller, der tog hensyn til både BBN og CMB.

"Sådan mørkt stof kan modificere mængden af ​​visse grundstoffer produceret i det tidlige univers og efterlade et aftryk i den kosmiske mikrobølgebaggrund ved at ændre, hvor hurtigt universet udvider sig," forklarer Giovanetti.

I sin forskning lavede holdet forudsigelser af kosmologiske signaturer forbundet med tilstedeværelsen af ​​visse former for mørkt stof. Disse signaturer er resultatet af mørkt stof, der ændrer temperaturen på forskellige partikler eller ændrer, hvor hurtigt universet udvider sig.

Deres resultater viste, at mørkt stof, der er for lyst, vil føre til andre mængder af lette elementer, end hvad astrofysiske observationer ser.

"Lettere former for mørkt stof kan få universet til at udvide sig så hurtigt, at disse elementer ikke har en chance for at dannes," siger Giovanetti og skitserer et scenarie.

"Vi lærer af vores analyse, at nogle modeller af mørkt stof ikke kan have en masse, der er for lille, ellers ville universet se anderledes ud end det, vi observerer," tilføjer hun. + Udforsk yderligere

Ny teori antyder, at mørkt stof kan skabe nyt mørkt stof ud fra almindeligt stof