Tin tức Vũ trụ TV

Tìm kiếm vật chất tối ‘gần nhà’

Ngày:
Th3 27, 2020
Tóm lược:

85% vũ trụ bao gồm vật chất tối nhưng chúng ta không biết chính xác nó là gì.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Vật chất tối phân rã sẽ tạo ra quầng sáng và hình cầu phát xạ tia X quanh trung tâm Dải Ngân hà có thể phát hiện được khi nhìn vào các khu vực trống của thiên hà. Tín dụng hình ảnh: Christopher Dessert, Nicholas L. Rodd, Benjamin R. Safdi, Zosia Rostomian (Phòng thí nghiệm Berkeley), dựa trên dữ liệu từ Kính viễn vọng khu vực rộng lớn Fermi
Vật chất tối phân rã sẽ tạo ra quầng sáng và hình cầu phát xạ tia X quanh trung tâm Dải Ngân hà có thể phát hiện được khi nhìn vào các khu vực trống của thiên hà.
Tín dụng hình ảnh: Christopher Dessert, Nicholas L. Rodd, Benjamin R. Safdi, Zosia Rostomian (Phòng thí nghiệm Berkeley), dựa trên dữ liệu từ Kính viễn vọng khu vực rộng lớn Fermi

85% vũ trụ bao gồm vật chất tối nhưng chúng ta không biết chính xác nó là gì.

Một nghiên cứu mới từ Đại học Michigan, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) và Đại học California, Berkeley đã loại trừ vật chất tối chịu trách nhiệm về các tín hiệu điện từ bí ẩn được quan sát trước đây từ các thiên hà gần đó. Trước công trình này, có nhiều hy vọng rằng những tín hiệu này sẽ cung cấp cho các nhà vật lý bằng chứng cứng để giúp xác định vật chất tối.

Vật chất tối không thể được quan sát trực tiếp vì nó không hấp thụ, phản xạ hoặc phát ra ánh sáng nhưng các nhà nghiên cứu biết nó tồn tại do ảnh hưởng của nó đối với vật chất khác. Chẳng hạn chúng ta cần vật chất tối để giải thích các lực hấp dẫn giữ các thiên hà lại với nhau.

Các nhà vật lý đã đề xuất vật chất tối là một người anh em họ có liên quan chặt chẽ với neutrino được gọi là neutrino vô trùng. Neutrino – các hạt hạ nguyên tử không có điện tích và hiếm khi tương tác với vật chất – được giải phóng trong các phản ứng hạt nhân diễn ra bên trong mặt trời. Chúng có khối lượng rất nhỏ nhưng khối lượng này không được giải thích theo Mô hình chuẩn của Vật lý hạt. Các nhà vật lý cho rằng neutrino vô trùng, một hạt giả thuyết có thể chiếm khối lượng này và cũng là vật chất tối.

Các nhà nghiên cứu có thể phát hiện neutrino vô trùng vì nó không ổn định, Ben Safdi, đồng tác giả và là giáo sư vật lý tại UM nói. Nó phân rã thành neutrino thông thường và bức xạ điện từ. Sau đó để phát hiện vật chất tối, các nhà vật lý quét các thiên hà để săn tìm bức xạ điện từ này dưới dạng phát xạ tia X.

Vào năm 2014, một công trình tinh dịch đã phát hiện ra sự phát xạ tia X dư thừa từ các thiên hà và cụm thiên hà gần đó. Sự phát xạ dường như phù hợp với sự phát sinh từ vật chất tối neutrino vô trùng.

Ben Safdi
Ben Safdi

Giờ đây, một phân tích tổng hợp dữ liệu thô được chụp bằng kính viễn vọng tia X không gian XMM-Newton của các vật thể trong Dải Ngân hà trong khoảng thời gian 20 năm đã không tìm thấy bằng chứng nào cho thấy neutrino vô trùng là vật chất bao gồm vật chất tối. Nhóm nghiên cứu bao gồm sinh viên tiến sĩ UM Christopher Dessert và Nicholas Rodd, một nhà vật lý thuộc nhóm lý thuyết Berkley Lab và Trung tâm Vật lý lý thuyết Berkley. Kết quả của họ được công bố trên tạp chí Khoa học .

dessert chris
dessert chris

Bài báo và các công trình tiếp theo năm 2014 này đã xác nhận tín hiệu tạo ra sự quan tâm đáng kể trong cộng đồng vật lý thiên văn và vật lý hạt vì lần đầu tiên biết chính xác vật chất tối ở mức độ vi mô là gì. Phát hiện của chúng tôi không có nghĩa là vật chất tối không phải là neutrino vô trùng nhưng nó có nghĩa là – trái với những gì đã tuyên bố trong năm 2014 – không có bằng chứng thực nghiệm nào cho thấy sự tồn tại của nó.

Các kính viễn vọng tia X dựa trên không gian như kính thiên văn XMM-Newton chỉ vào các môi trường giàu vật chất tối để tìm kiếm bức xạ điện từ mờ này dưới dạng tín hiệu tia X. Phát hiện năm 2014 có tên là phát xạ tia X là “dòng 3,5 keV” – keV là viết tắt của kilo-electronvolts – do tín hiệu xuất hiện trên các máy dò tia X.

Nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm dòng này trong Dải Ngân hà của chúng ta bằng cách sử dụng 20 năm dữ liệu lưu trữ được chụp bằng kính viễn vọng tia X không gian XMM-Newton. Các nhà vật lý biết vật chất tối thu thập xung quanh các thiên hà, vì vậy khi các phân tích trước đó nhìn vào các thiên hà và cụm thiên hà gần đó, mỗi hình ảnh đó sẽ chụp được một số cột của vầng hào quang vật chất tối.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng những hình ảnh đó để xem phần “đen tối nhất” của dải Ngân hà. Điều này đã cải thiện đáng kể độ nhạy của các phân tích trước đây khi tìm kiếm vật chất tối neutrino vô trùng.

“Ở mọi nơi chúng ta nhìn, cần có một dòng vật chất tối từ quầng sáng Dải Ngân hà”, Rodd của Phòng thí nghiệm Berkeley cho biết, vì vị trí của hệ mặt trời của chúng ta trong thiên hà. “Chúng tôi khai thác thực tế rằng chúng ta sống trong một vầng hào quang của vật chất tối” trong nghiên cứu.

Christopher Dessert, một đồng tác giả nghiên cứu, một nhà nghiên cứu vật lý và tiến sĩ. sinh viên tại UM cho biết các cụm thiên hà nơi quan sát đường 3,5 keV cũng có tín hiệu nền lớn, đóng vai trò là nhiễu trong các quan sát và có thể gây khó khăn cho việc xác định các tín hiệu cụ thể có thể liên quan đến vật chất tối.

Nick Rodd
Nick Rodd

“Lý do tại sao chúng ta nhìn qua quầng sáng vật chất tối của thiên hà Milky Way là vì nền thấp hơn nhiều”, Dessert nói.

Ví dụ, XMM-Newton đã chụp ảnh các vật thể bị cô lập như các ngôi sao riêng lẻ trong Dải Ngân hà. Các nhà nghiên cứu đã chụp những hình ảnh này và che dấu các đối tượng quan tâm ban đầu, để lại những môi trường nguyên sơ và tối tăm để tìm kiếm ánh sáng của sự phân rã vật chất tối. Kết hợp 20 năm quan sát như vậy cho phép thăm dò vật chất tối neutrino vô trùng đến mức chưa từng thấy.

Nếu neutrino vô trùng là vật chất tối, và nếu sự phân rã của chúng dẫn đến sự phát xạ của dòng 3,5 keV, Safdi và các nhà nghiên cứu của ông nên quan sát dòng đó trong phân tích của họ. Nhưng họ không tìm thấy bằng chứng nào cho vật chất tối neutrino vô trùng.

Thật không may, công việc này không may, “ném nước lạnh” vào thứ trông giống như bằng chứng đầu tiên cho bản chất siêu nhỏ của vật chất tối, nó mở ra một cách tiếp cận hoàn toàn mới để tìm kiếm vật chất tối có thể dẫn đến một khám phá trong tương lai gần.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Michigan . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Christopher tráng miệng, Nicholas L. Rodd, Benjamin R. Safdi. Việc giải thích vật chất tối của đường 3,5-keV không phù hợp với các quan sát bầu trời trống . Khoa học , 2020 DOI: 10.1126 / khoa học.aaw3772

Bài viết liên quan

Bài viết mới