Eksperimen Intergalaksi: Para peneliti berburu partikel materi gelap misterius dengan trik yang cerdas

Fisika Fisika Partikel dari Universitas Kopenhagen telah mulai menggunakan medan magnet raksasa dari kelompok galaksi untuk mengamati lubang hitam yang jauh dalam pencarian mereka untuk partikel yang sulit dipahami yang telah membuat para ilmuwan bingung selama beberapa dekade.

Ini adalah kisah ekstrem yang sulit dipahami.

Struktur terberat di alam semesta, kelompok galaksi, adalah empat kali lipat lebih besar dari Matahari. Dan aksion, partikel teoretis misterius, jauh, jauh lebih ringan daripada atom teringan.

Sekitar 80 persen dari massa kosmos dianggap terdiri dari materi gelap. Para ilmuwan tidak yakin apa itu, tetapi percaya bahwa itu bisa terdiri dari partikel teoretis yang tidak teridentifikasi seperti aksi. Axion awalnya diusulkan sebagai solusi untuk masalah yang tidak dapat dijelaskan di ranah fisika partikel yang dikenal sebagai masalah CP yang kuat.

Galaksi adalah koleksi bintang, debu kosmik, planet, gas, dan materi gelap sering mengelilingi lubang hitam supermasif di tengah. Cluster galaksi adalah kelompok ratusan atau ribuan galaksi yang diikat bersama oleh gravitasi.

Sumber: NASA, Associate Professor Oleg Ruchayskiy Axion adalah partikel elementer hipotetis yang dapat memegang kunci untuk memahami materi gelap, bahan yang tidak diketahui yang diyakini mengambil sekitar 80 persen dari massa di alam semesta kita.

Belum ada yang membuktikan keberadaan aksi, yang telah menghindari peneliti selama beberapa dekade. Tetapi dengan trik pintar yang melibatkan galaksi yang jauh, fisikawan dari Universitas Kopenhagen mungkin datang lebih dekat dari sebelumnya.

Alih -alih menggunakan akselerator partikel di bumi, seperti yang ada di CERN, para peneliti beralih ke kosmos dan menggunakannya sebagai semacam akselerator partikel raksasa. Secara khusus, mereka mencari radiasi elektromagnetik yang dipancarkan dari inti galaksi yang jauh dan sangat cerah, masing -masing dengan lubang hitam supermasif di tengahnya.

Mereka kemudian mengamati radiasi ini karena melewati medan magnet yang luas yang ditemukan di cluster galaksi, di mana beberapa di antaranya dapat secara hipotetis berubah menjadi aksi. Transformasi ini akan meninggalkan fluktuasi kecil dan acak dalam data. Tetapi setiap sinyal sangat pingsan sehingga, dengan sendirinya, hilang dalam kebisingan latar belakang alam semesta.

Jadi, para peneliti memperkenalkan konsep baru. Sebaliknya, mereka mengamati total 32 lubang hitam supermasif yang diposisikan di belakang cluster galaksi dan kemudian menggabungkan data dari pengamatan mereka.

Ketika para peneliti memeriksa data, mereka terkejut menemukan pola yang menyerupai tanda tangan dari partikel aksion yang sulit dipahami.

“Normally, the signal from such particles is unpredictable and appears as random noise. But we realized that by combining data from many different sources, we had transformed all that noise into a clear, recognizable pattern,” explains Oleg Ruchayskiy, Associate Professor at the Niels Bohr Institute of the University of Copenhagen and senior author of a new paper in Astronomi Alam Itu mencoba mempelajari aksion. Dia menambahkan:

“Ini muncul seperti pola seperti langkah unik yang menunjukkan seperti apa konversi ini. Kami hanya melihatnya sebagai sedikit sinyal dalam data kami, tetapi masih sangat menggiurkan dan menarik. Anda bisa menyebutnya bisikan kosmik, sekarang cukup keras untuk didengar.”

Galaksi jauh dengan lubang hitam supermasif di tengahnya memancarkan besaran energi dan cahaya. Galaksi -galaksi ini juga merupakan sumber yang kuat dari jenis radiasi elektromagnetik yang dikenal sebagai sinar gamma, yang diminati oleh para peneliti.

“Kami melihat lubang -lubang hitam ini melalui kelompok galaksi. Cluster galaksi adalah salah satu struktur terbesar di alam semesta dan reservoir medan magnet yang sangat besar.

Dengan mengamati 32 lubang hitam yang berbeda yang diposisikan di belakang cluster galaksi dan rata-rata data dari pengamatan mereka, para peneliti mengungkapkan tanda tangan seperti langkah.

Lebih dekat untuk menemukan materi gelap

Sementara pola yang diungkapkan oleh para ilmuwan bukanlah bukti pasti tentang keberadaan aksi, penelitian oleh Oleg Ruchayskiy dan rekannya membawa kita lebih dekat untuk memahami apa itu materi gelap.

“Metode ini telah sangat meningkatkan apa yang kita ketahui tentang aksi. Ini pada dasarnya memungkinkan kita untuk memetakan area luas yang kita tahu tidak mengandung axion, yang mempersempit ruang di mana ia dapat ditemukan,” kata Postdoc Lidiia Zadorozhna, seorang rekan Curie di Niels Bohr Institute, yang merupakan salah satu penulis baru.

Sementara percobaan ini berfokus pada jenis radiasi elektromagnetik tertentu yang dikenal sebagai sinar gamma, metode ini juga dapat digunakan pada jenis radiasi lain, seperti sinar-X.

“Kami sangat bersemangat, karena ini bukan kemajuan satu kali. Metode ini memungkinkan kami untuk melampaui batas eksperimental sebelumnya dan telah membuka jalan baru untuk mempelajari partikel-partikel yang sulit dipahami ini. Teknik ini dapat diulangi oleh kami, oleh kelompok lain, di berbagai massa dan energi. Dengan cara itu kami dapat menambahkan lebih banyak beka pada bubur gelap yang menjelaskan bahwa Lidiia Zad.

Kendala pada partikel seperti aksion dari inti galaksi aktif yang terlihat melalui kelompok galaksi “.