Samanyolu’nda hafif karanlık maddenin varlığına ilişkin yeni kısıtlamalar

Işığı yansıtmayan, yaymayan veya absorbe etmeyen parçacıklardan oluşan karanlık maddenin evrendeki maddenin çoğunu oluşturması bekleniyor. Ancak ışıkla etkileşiminin olmayışı, geleneksel deneysel yöntemler kullanılarak doğrudan tespit edilmesini engellemektedir.

Fizikçiler onlarca yıldır karanlık maddeyi tespit etmek ve incelemek için alternatif yöntemler geliştirmeye çalışıyorlar, ancak onun doğası ve galaksimizdeki varlığı hakkındaki birçok soru cevapsız kalıyor. Pulsar Zamanlama Dizisi (PTA) deneyleri, bir dizi galaktik radyo pulsarının (yani düzenli milisaniyelik radyo dalgası darbeleri yayan gök cisimleri) milisaniyelik zamanlamasını inceleyerek, ultra hafif karanlık madde parçacıkları olarak adlandırılan parçacıkların varlığını doğrulamaya çalışır.

Belirli pulsarları gözlemlemek için Avrupa çapında 6 radyo teleskopu kullanan, farklı enstitülerdeki çok uluslu bir araştırmacı ekibi olan Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi, yakın zamanda topladıkları ikinci dalga verileri analiz etti. Onların makalesiyayınlanan Fiziksel inceleme mektuplarıSamanyolu’ndaki hafif karanlık maddenin varlığına daha sıkı kısıtlamalar getiriyor.

Makalenin ortak yazarı Clemente Samara Phys.org’a “Bu makale temelde ilk doktora projemin sonucuydu” dedi. “Bu fikir, amirime kütleçekimsel dalga bilimine odaklanan, ancak parçacık fiziği perspektifinden araştırma yapıp yapamayacağımı sorduğumda ortaya çıktı. Projenin ana hedefi, galaksimizdeki sözde hafif karanlık maddenin varlığını kısıtlamaktı.”

Açık karanlık madde, astrofizikte uzun süredir devam eden gizemleri çözebilecek son derece hafif parçacıklardan oluşan karanlık madde için varsayımsal bir adaydır. Samara ve meslektaşları tarafından yürütülen son çalışma, Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi tarafından toplanan veriler aracılığıyla galaksimizde bu tür karanlık maddenin var olma olasılığını doğrulamayı amaçlıyordu.

“Bu alanda daha önce yapılan çalışmalardan ilham aldık, özellikle de Burayko ve çalışma arkadaşlarının çalışmalarıSamara, “Veri setimizin daha uzun süresi ve iyileştirilmiş çözünürlüğü sayesinde, Samanyolu’ndaki hafif karanlık maddenin varlığına daha sıkı kısıtlamalar getirebildik” dedi.

Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi’nin son makalesi, geçmişte yürütülen diğer çalışmalardan farklı varsayımlarda bulunuyor. Karanlık madde ile sıradan madde arasındaki etkileşimleri araştırmak yerine, bu etkileşimlerin yalnızca kütleçekimsel etkiler yoluyla gerçekleştiğini varsayar.

Samara, “Karanlık maddenin sıradan maddeyle yalnızca yerçekimsel etkileşim yoluyla etkileşime girdiğini varsaydık” diye açıkladı. “Bu oldukça güçlü bir iddia: Aslında karanlık madde hakkında bildiğimiz tek kesin şey yerçekimi ile etkileşime girdiğidir. Kısacası karanlık madde, içinde titreşen radyo ışınlarının dolaştığı potansiyel kuyular üretir. Ancak bu kuyuların derinliği periyodiktir. ve dolayısıyla yolculuk süresi Pulsarlardan Dünya’ya olan radyo ışını da belirgin bir periyodiklikle değişir.

Samara ve meslektaşları, Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisinden alınan ikinci dalga verilerde tam olarak bu etkiyi arayarak, pulsarların etrafındaki çok hafif karanlık maddenin varlığına yeni kısıtlamalar getirmeyi başardılar. Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi, Avrupa’nın çeşitli yerlerinde bulunan 6 gelişmiş radyo teleskopunu kullanarak yaklaşık 25 yıldır bu verileri topluyor.

Samara, “Analizlerimize dayanarak, belirli bir kütle aralığındaki ultra hafif parçacıkların karanlık maddenin tamamını oluşturabileceğini göz ardı edebiliriz” dedi. “Yani, eğer orada olsalardı, gördüklerimizi açıklamak için yine de başka bir şeye ihtiyacımız olurdu. Bu sonuç oldukça sağlam çünkü karanlık maddenin kütleçekimsel etkileşimine odaklandık ki bu da kesin olarak bildiğimiz tek şey.”

Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi tarafından yapılan son çalışma, 10−24,0 eV≲m≲10−23,3 eV kütleli hafif parçacıkların, ölçülen yerel karanlık madde yoğunluğunun %100’ünü oluşturamayacağını ve Çoğu üzerinde ρ≲0,3 yerel yoğunluğa sahip olabileceğini göstermektedir. . Jeff/cm³. Bu yeni kısıtlamalar, bu alanda daha fazla araştırmaya yol gösterebilir ve bu da bulunması zor karanlık madde adayına yönelik gelecekteki araştırmalara fayda sağlayabilir.

Samara, “Şimdi pulsarların bize karanlık madde hakkında daha fazla bilgi verebilecek imzalara sahip olup olmadığını araştırmayı planlıyorum” diye ekledi. “Ayrıca, genel olarak PTA bilimiyle ilgileniyorum, bu nedenle süper kütleli kara deliklerin ikili sistemlerinin astrofiziksel modellemesi üzerinde de çalışmak istiyorum; bunun yakın zamanda gözlemlediğimiz rastgele kütleçekimsel dalga arka planı için ilgi çekici bir açıklama olduğu düşünülüyor.”