Durchbrüche in einem kosmischen Rätsel: Sie bergen potenzielle Schlüssel zum Verständnis der Dunklen Materie

Los ÄxteEine Klasse hypothetischer subatomarer Teilchen gehört zu den am besten bewerteten Kandidaten Physiker Erkläre das Das „Missing Thing“-Phänomen Es beinhaltet UniversumDas heißt, die Dunkle Materie. Eine zentrale Frage der aktuellen Suche: Woraus besteht es? Eine mögliche Antwort ist, dass es aus diesen Partikeln besteht.

Ein Team von Astrophysikern unter der Leitung von Forschern von Universitäten Amsterdam Y Princeton Wenn dunkle Materie aus ihnen besteht, zeigt sich, dass sie sich in Form eines subtilen zusätzlichen Leuchtens von Pulsarsternen manifestieren kann. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung.

Dunkle Materie könnte existieren Das begehrteste Element unseres Universums. Erstaunlicherweise geht man davon aus, dass diese mysteriöse Form, die bisher weder von Physikern noch von Astronomen entdeckt wurde, den größten Teil dessen ausmacht, was existiert.

Das wird vermutet Nicht weniger als 85 % der Materie im Universum sind „dunkel“., und wird derzeit nur durch die Anziehungskraft beobachtet, die es auf andere astronomische Objekte ausübt. Wissenschaftler wollen dunkle Materie tatsächlich sehen oder zumindest ihre Existenz direkt nachweisen und sie nicht aus Gravitationseffekten ableiten. Und natürlich: Sie wollen wissen, was es ist.

Einige Punkte sind bereits geklärt: Dunkle Materie kann nicht dieselbe Art von Materie sein, die von Menschen geschaffen wurde. Wenn ja, würde es sich normal verhalten: Es würde sternförmige Objekte bilden, die leuchten und nicht mehr verdunkeln würden. Deshalb suchen Wissenschaftler nach etwas Neuem: einem Teilchentyp, den noch niemand entdeckt hat und der nur sehr schwach mit den uns bekannten Teilchen interagiert, was erklärt, warum dieser Teil unserer Welt bisher schwer fassbar geblieben ist.

Es gibt viele Hinweise, wo man suchen muss. Eine weit verbreitete Annahme ist, dass dunkle Materie aus Axonen besteht. Dieser hypothetische Teilchentyp wurde erstmals in den 1970er Jahren eingeführt, um ein Problem zu lösen, das nichts mit Dunkler Materie zu tun hatte. Die Trennung positiver und negativer Ladungen innerhalb des Neutrons, einem der Bausteine ​​gewöhnlicher Atome, erwies sich als unerwartet gering.

Es stellt sich heraus, dass die Existenz eines noch zu entdeckenden Teilchens, das nur sehr schwach mit der Neutronenkomponente interagiert, genau diesen Effekt verursachen könnte. Der Nobelpreisträger Frank Wilczek hat sich einen Namen für das neue Teilchen ausgedacht: Drucken.

Verschiedene Theorien für Elementarteilchen, darunter auch die Stringtheorie, sind ein Spitzenkandidat Sie schienen vorherzusagen, dass alle Kräfte in der Natur vereint sein könnten und dass es Partikel wie Schimmel geben könnte. Wenn diese tatsächlich existierten, könnten sie einen Teil oder sogar die gesamte fehlende Dunkle Materie ersetzen? Vielleicht, aber eine zusätzliche Frage, die die gesamte Forschung zur Dunklen Materie beschäftigt, gilt auch für Abdrücke: Wie werden sie dann gefunden? Wie kann man etwas Dunkles sehen?

Wenn die Theorien zur Vorhersage von Axonen korrekt sind, wäre nicht nur zu erwarten, dass sie im Universum in Massenproduktion hergestellt werden, sondern einige Axone würden auch in Gegenwart starker elektromagnetischer Felder leicht werden. Sie können sehen, wann das Licht kommt. Könnte dies der Schlüssel zur Entdeckung von Axonen und damit der Dunklen Materie sein? Um diese Frage zu beantworten, mussten Wissenschaftler zunächst untersuchen, wo im bekannten Universum die stärksten bekannten elektrischen und magnetischen Felder auftreten.

Auf diese Weise konnten sie nachweisen, dass es in Regionen um rotierende Neutronensterne auftritt. Pulsare. Die Kurzform für „Pulsierende Sterne“ sind dichte Objekte mit ungefähr der gleichen Masse wie unsere Sonne, aber einem ungefähr 100.000-mal kleineren Radius, nur etwa 10 km. Da Pulsare so klein sind, rotieren sie mit enormen Frequenzen und senden kurze, helle Lichtstrahlen entlang ihrer Rotationsachse aus. Wie der Leuchtturm, LDie Strahlen des Pulsars können die Erde umrunden, sodass der pulsierende Stern leicht zu sehen ist.

Außerdem, Der Pulsar verwandelt den Neutronenstern in einen sehr starken Elektromagneten. Das bedeutet wiederum, dass sie es sind Hocheffiziente Aktionsfabriken. Ein durchschnittlicher Pulsar ist in der Lage, jede Sekunde 50-stellige numerische Achsen zu erzeugen. Aufgrund des starken elektromagnetischen Feldes, das den Pulsar umgibt, kann ein Bruchteil dieser Achsen in sichtbares Licht umgewandelt werden. Schauen Sie sich die Pulsare an, um zu sehen, ob sie zusätzliches Licht aussenden. Wenn ja, würde das ausreichen, um festzustellen, ob dieses zusätzliche Licht von der Achse kommt.

Die Beobachtung dieser Art ist nicht einfach. Das von den Achsen emittierte Licht, das in Form von Radiowellen erkennbar ist, macht einen kleinen Bruchteil des gesamten von diesen hellen kosmischen Leuchtfeuern emittierten Lichts aus. Sie müssen sehr genau wissen, wie ein Pulsar ohne Achsen aussieht, und in der Lage sein, den Unterschied mit einer zu erkennen, diesen Unterschied dann zu berechnen und ihn in ein Maß für die Dunkelheit umzuwandeln.

Ein Team aus Physikern und Astronomen hat genau das getan. In einer gemeinsamen Anstrengung zwischen Niederlande, Portugal und USAGemeinsam haben sie einen umfassenden theoretischen Rahmen entwickelt, der ein umfassendes Verständnis ermöglicht Wie Formen hergestellt werden, Wie sie der Anziehungskraft des Neutronensterns entkommen und wie sie bei ihrer Flucht in niederenergetische Radiostrahlung umgewandelt werden.

Mithilfe anspruchsvoller numerischer Simulationen, die ursprünglich entwickelt wurden, um die Physik hinter der Aussendung von Radiowellen durch Pulsare zu verstehen, wurden die theoretischen Ergebnisse auf einen Computer übertragen, um Modellachsen um Pulsare zu erstellen. Schon unmittelbar nach seiner Entstehung wurde die Ausbreitung der Achsen durch die elektromagnetischen Felder des Neutronensterns simuliert. Dies ermöglichte es den Forschern, die anschließende Produktion von Radiowellen quantitativ zu verstehen und zu modellieren, wie dieser Prozess zusätzlich zu der vom Pulsar erzeugten Eigenemission ein zusätzliches Signal liefern würde.

Anschließend wurden die Theorie- und Simulationsergebnisse dem ersten Beobachtungstest unterzogen. Anhand von Details von 27 nahegelegenen Pulsaren verglichen die Forscher die Radiowellen mit Modellen, um zu sehen, ob der gemessene Überschuss einen Beweis für die Existenz von Achsen liefern könnte. Leider lautet die Antwort nein, oder optimistischer: noch nicht. Die Abdrücke sind nicht sofort sichtbar, aber das ist vielleicht nicht zu erwarten. Wenn dunkle Materie ihre Geheimnisse so leicht preisgeben würde, wäre sie schon vor langer Zeit bemerkt worden.

Ein interessantes Ergebnis sind unterdessen die derzeit nicht beobachtbaren Funksignale von Achsen. Ein erster Vergleich zwischen Simulationen und realen Pulsaren legt noch engere Grenzen für die Wechselwirkungen, die Axone mit Licht eingehen können.

Das ultimative Ziel besteht darin, die Existenz der Achsen zu beweisen oder sicherzustellen, dass sie wahrscheinlich kein Bestandteil der Dunklen Materie sind. Die neuen Ergebnisse sind nur ein erster Schritt in diese Richtung; Sie sind der Beginn eines völlig neuen, höchst interdisziplinären Feldes, das das Potenzial hat, die Suche nach Achsen dramatisch voranzutreiben.