Categorieën
Astronomie

Door de UCI geleide studie sluit vernietiging van donkere materie uit als oorsprong van extra straling in het centrum van sterrenstelsels

Uitputtende emissiemodellering door mondiale fysici beperkt deeltjeskandidaten

De interpretatie van een kunstenaar van de Melkweg toont de “boxy” -verdeling van sterren in het Galactic Center. 
Een door de UCI geleid team van natuurkundigen zei in een onlangs gepubliceerde studie dat deze vorm zeer weinig ruimte laat voor overmatige straling door de vernietiging van donkere materiedeeltjes. 
Oscar Macias voor UCI

Irvine, Californië, 26 augustus 2020 – De detectie meer dan tien jaar geleden door de Fermi Gamma Ray Space Telescope van een overmaat aan hoogenergetische straling in het centrum van de Melkweg overtuigde sommige natuurkundigen ervan dat ze bewijs zagen van de vernietiging van donkere materiedeeltjes, maar een team onder leiding van onderzoekers van de University of California, Irvine, heeft die interpretatie uitgesloten.

In een artikel dat onlangs in het tijdschrift Physical Review D is gepubliceerd , melden de UCI-wetenschappers en collega’s van Virginia Polytechnic Institute en State University en andere instellingen dat ze – door middel van een analyse van de Fermi-gegevens en een uitgebreide reeks modelleeroefeningen – konden vaststellen dat de waargenomen gammastraling niet geproduceerd zou kunnen zijn door wat zwak op elkaar inwerkende massieve deeltjes genoemd worden, in de volksmond theoretisch gezien als het materiaal van donkere materie.

Door deze deeltjes te elimineren, waarvan de vernietiging energieën tot 300 giga-elektronvolt zou kunnen genereren, zeggen de auteurs van het artikel, hebben ze de sterkste beperkingen tot nu toe gesteld aan de eigenschappen van donkere materie.

“Ongeveer veertig jaar lang was de belangrijkste kandidaat voor donkere materie onder deeltjesfysici een thermisch, zwak interactief deeltje met een zwakke schaal, en dit resultaat sluit voor het eerst die kandidaat uit tot deeltjes met een zeer hoge massa,” zei co -auteur Kevork Abazajian , UCI-hoogleraar natuurkunde en astronomie.

“In veel modellen varieert dit deeltje van 10 tot 1000 keer de massa van een proton, waarbij massievere deeltjes theoretisch minder aantrekkelijk zijn als een donkere-materiedeeltje”, voegde co-auteur Manoj Kaplinghat toe , ook een UCI-hoogleraar natuurkunde en astronomie. “In dit artikel elimineren we kandidaten voor donkere materie boven het favoriete bereik, wat een enorme verbetering is in de beperkingen die we stellen aan de mogelijkheden dat deze representatief zijn voor donkere materie.”

Abazajian zei dat signalen van donkere materie kunnen worden verdrongen door andere astrofysische verschijnselen in het galactische centrum – zoals stervorming, afbuiging van kosmische straling door moleculair gas en vooral neutronensterren en milliseconde pulsars – als bronnen van overmatige gammastraling gedetecteerd door de Fermi ruimtetelescoop.

Deze weergave van gegevens van de Fermi Gamma Ray-ruimtetelescoop na de lancering in 2008 toont een overmaat aan hoogenergetische straling in het galactische centrum van de Melkweg. 
Veel natuurkundigen schreven dit toe aan de vernietiging van zwak op elkaar inwerkende deeltjes van donkere materie, maar een door de UCI geleide studie heeft deze mogelijkheid uitgesloten door middel van een reeks deeltjesmassa’s. 
Oscar Macias voor UCI

“We hebben gekeken naar alle verschillende modellen die in het Galactic Center plaatsvinden, inclusief moleculair gas, stellaire emissies en hoogenergetische elektronen die laagenergetische fotonen verstrooien,” zei co-auteur Oscar Macias, een postdoctoraal onderzoeker in natuurkunde en astronomie. aan het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe aan de Universiteit van Tokio, wiens bezoek aan UCI in 2017 dit project op gang bracht. “We hebben meer dan drie jaar nodig gehad om al deze nieuwe, betere modellen samen te stellen en de emissies te onderzoeken, waarbij we ontdekten dat er weinig ruimte over is voor donkere materie.”

Macias, die ook postdoctoraal onderzoeker is bij het GRAPPA Centervan de Universiteit van Amsterdam, voegde eraan toe dat dit resultaat niet mogelijk zou zijn geweest zonder data en software van de samenwerking met de Fermi Large Area Telescope .

De groep testte alle klassen van modellen die in de Galactic Center-regio werden gebruikt voor analyse van overtollige emissies, en de conclusies bleven ongewijzigd. “Je zou een diffuus emissiemodel moeten maken dat een groot ‘gat’ in hen achterlaat om onze beperkingen te versoepelen, en de wetenschap werkt niet op die manier”, zei Macias.

Kaplinghat merkte op dat natuurkundigen hebben voorspeld dat straling van de vernietiging van donkere materie zou worden weergegeven in een nette bolvormige of elliptische vorm die afkomstig is van het galactische centrum, maar het overschot aan gammastraling dat door de Fermi-ruimtetelescoop werd gedetecteerd na de plaatsing in juni 2008, wordt weergegeven als een triaxiaal, staafachtige structuur.

“Als je naar het Galactisch Centrum tuurt, zie je dat de sterren op een vierkante manier verdeeld zijn”, zei hij. “Er is een schijf van sterren, en precies in het midden is er een bobbel die ongeveer 10 graden aan de hemel hangt, en het is eigenlijk een heel specifieke vorm – een soort asymmetrische doos – en deze vorm laat heel weinig ruimte over voor extra donkere materie. “

Sluit dit onderzoek het bestaan ​​van donkere materie in de melkweg uit? ‘Nee,’ zei Kaplinghat. “Onze studie legt beperkingen op het soort deeltje dat donkere materie zou kunnen zijn. De meerdere bewijslijnen voor donkere materie in de melkweg zijn robuust en worden niet beïnvloed door ons werk. “

Abazajian vond de bevindingen van het team verre van ontmoedigend, maar zei dat ze natuurkundigen moesten aanmoedigen om zich te concentreren op andere concepten dan de meest populaire.

“Er zijn veel alternatieve kandidaten voor donkere materie,” zei hij. “De zoektocht wordt meer als een visexpeditie waarbij je niet al weet waar de vissen zijn.”

Ryan Keeley, die een Ph.D. in natuurkunde en astronomie aan de UCI in 2018 en is nu bij het Korea Astronomy and Space Science Institute, en Shunsaku Horiuchi, een voormalig UCI postdoctoraal onderzoeker in natuurkunde en astronomie, die nu assistent-professor natuurkunde is aan Virginia Tech.


Gepubliceerd op:

UCI.EDU


Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.