Khoa học phát hiện địa điểm tiềm năng sinh sản của vật chất tối.

Nhìn thấy nguồn gốc tiềm năng của vật chất tối

Một hạt ảo có thể tạo nên vật chất tối của vũ trụ có thể được tạo ra từ và lưu trú xung quanh các ngôi sao neutron, một số trong những vật thể dày đặc nhất trong vũ trụ, theo một nhóm nhà vật lý.
Các hạt này là axions, một trong số nhiều ứng viên đề xuất cho vật chất tối hay còn gọi là sự vật chất bí ẩn tạo nên hơn một phần tư của vật chất trong vũ trụ. Một nhóm nghiên cứu từ các trường đại học Amsterdam, Princeton và Oxford giờ đây đề xuất rằng axions có thể hình thành mây xung quanh các ngôi sao neutron, những cặp còn sót lại vô cùng dày đặc từ những ngôi sao chết. Sự phát hiện này mở ra một lĩnh vực mới mà các nhà nghiên cứu có thể tập trung vào tìm kiếm vật chất tối trong thiên văn học, đồng thời bật mí về tiềm năng sử dụng của một thiết bị kính viễn vọng vệ tinh.
#DarkMatter #Axions #NeutronStars

Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng một số axions được tạo ra bên trong ngôi sao neutron có thể chuyển đổi thành các photon và thoát ra không gian. Nhưng nhiều hạt điều này sẽ vẫn bị giam giữ bởi trọng lực của ngôi sao, tạo thành một mây axionic xung quanh ngôi sao neutron. Nghiên cứu của nhóm miêu tả ý tưởng này gần đây đã được công bố trong Physical Review X và tiếp tục theo dõi một công việc trước đây của nhóm về axions có thể thoát ra khỏi các trường hấp dẫn của ngôi sao neutron tạo ra chúng.
#Astrophysics #Research #SpaceTelescope

“Khi chúng ta nhìn thấy cái gì đó, điều đang xảy ra là sóng điện từ (ánh sáng) phản xạ từ một vật thể và đập vào mắt chúng ta. Cách chúng ta ‘nhìn thấy’ axions có chút khác biệt,” Anirudh Prabhu, một nhà khoa học nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Lý thuyết Princeton và đồng tác giả của bài báo, nói trong một email cho Gizmodo. “Trong khi ánh sáng có thể ‘phản xạ’ từ axions, quá trình này vô cùng hiếm gặp. Cách phổ biến hơn để phát hiện axions là thông qua hiệu ứng Primakoff, cho phép axions chuyển đổi thành ánh sáng (và ngược lại) trong môi trường của một trường từ mạnh.”
#AxionDetection #Radiotelescope #GravitationalFields

Một số ngôi sao neutron có thể thuộc về những vật thể có từ tính mạnh nhất trong vũ trụ, và do đó được gán nhãn đặc biệt: magnetars. Môi trường năng lượng vô cùng từ trường này là nơi phát triển tốt cho quá trình chuyển đổi của axions thành ánh sáng, Prabhu nói, đồng thời có thể được phát hiện bởi các kính viễn vọng vệ tinh.
#NeutronStars #MagneticFields #AxionConversion

Vật chất tối và sóng axion trong vũ trụ
Vật chất tối là tên tổng chung cho 27% vật chất trong vũ trụ mà các nhà khoa học không thể quan sát trực tiếp vì chúng không phát ra ánh sáng và chỉ tương tác với vật chất thông thường thông qua tương tác hấp dẫn.
Các ứng viên khác bao gồm Hạt Vô tác động lớn (WIMPs), dark photons, và black holes thể nghiệm, để kể một số. Axions được đề xuất ban đầu như một giải pháp cho một vấn đề trong vật lý hạt: Cơ bản, một số đặc tính dự kiến của neutron không được quan sát trong tự nhiên. Do đó, tên của chúng — axions — xuất phát từ một thương hiệu sản phẩm làm sạch. Nhưng axion đã được đề xuất như một cách để làm sạch một số vấn đề khó chịu mà xuất hiện xung quanh Mô hình tiêu chuẩn của vật lý hạt.
#DarkMatterSolutions #ParticlePhysics #AxionResearch

Các sóng điện từ (tức là ánh sáng) được tạo ra từ việc chuyển đổi của axions có thể có bước sóng từ một phần của một inch lên đến hơn một nửa dặm (một kilômét), Prabhu lưu ý. Nhưng tầng bát điện cửa Trái Đất chặn các bước sóng rất dài từ kính viễn vọng dựa trên Trái Đất, vì vậy các đài quan sát dựa trên vệ tinh có lẽ là lựa chọn tốt nhất của chúng ta để phát hiện dấu vết của axions.
#Wavelengths #Ionosphere #SpaceObservatories

Ngôi sao neutron và axions có một lịch sử
#AxionProduction #NeutronStar #AxionCloud

“Axions là một trong những cơ hội tốt nhất của chúng ta cho cơ sở vật lý mới,” Safdi nói, mặc dù chúng “khó khăn hàng đầu nhờ vào tương tác nhỏ bé của chúng với vật chất thông thường.”
#NewPhysics #Interactions #DetectionProspects

“Các tương tác nhỏ bé này có thể được mở rộng trong môi trường thiên văn cực độ như những môi trường mạnh mẽ tìm thấy trong môi trường từ trường của ngôi sao neutron,” anh thêm. “Công việc như thế này có thể dễ dàng mở con đường tìm kiếm.” #RadioTelescope #AstrophysicalEnvironments

Có nhiều kính viễn vọng trên Trái Đất #Telescopes #EarthResearch

“Nhưng hiện đại trong không gian không phải là kính viễn vọng.” Trạm Kính viễn vọng Không Gian Webb, ra mắt vào năm 2021, quan sát một số ánh sáng cổ nhất mà chúng ta có thể thấy ở bước sóng hồng ngoại và gần hồng ngoại. Kính viễn vọng không gian Euclid của ESA, ra mắt vào năm ngoái với mục tiêu cụ thể là cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về vật chất tối của vũ trụ, cũng nhìn thấy vũ trụ ở hồng ngoại. Trong thực tế, một trong những lựa chọn hấp dẫn nhất cho một kính viễn vọng dựa trên radio là Lunar Crater Radio Telescope (LCRT), chính xác như tên gọi của nó: một kính viễn vọng radio khổng lồ làm từ một hố chứa trên mặt trái của Mặt Trăng.
#WebbSpaceTelescope #SpaceObservatory #DarkMatterUnderstanding

“Axions là một trong những cơ hội tốt nhất của chúng ta cho cơ sở vật lý mới,” Safdi nói, mặc dù chúng “khó khăn hàng đầu nhờ vào tương tác nhỏ bé của chúng với vật chất thông thường.”
#RadioTelescopeDetection #SpaceObservatories

“Những tương tác nhỏ bé này có thể được mở rộng trong môi trường thiên văn cực độ như những môi trường mạnh mẽ tìm thấy trong môi trường từ trường của ngôi sao neutron,” anh thêm. “Công việc như thế này có thể dễ dàng mở con đường tìm kiếm.”
#AstrophysicalEnvironments #AxionDiscovery

Có nhiều kính viễn vọng radio rất tuyệt vời trên Trái Đất – MeerKAT, Very Large Telescope và ALMA, chỉ là một số, nhưng có vẻ như chúng ta cần một sứ mệnh mới dựa trên không gian nếu chúng ta muốn có cơ hội nhìn thấy sóng axionic. Không gian nasa! #RadioTelescopeMission #AxionWavesDiscovery

#DarkMatterDetection #NewSpaceMissions

Nguồn: https://gizmodo.com/physicists-spot-possible-breeding-grounds-for-dark-matter-2000514563

A hypothetical particle that could make up the universe’s dark matter may be produced by and hang around neutron stars, some of the densest objects in the universe, according to a team of physicists.

The particles are axions, one of several proposed candidates for so-called dark matter, the enigmatic stuff that makes up over a quarter of the universe’s matter. A team of researchers from the universities of Amsterdam, Princeton, and Oxford now posit that axions could form clouds around neutron stars, which are the incredibly dense, collapsed remnants of dead stars. The finding offers a new arena where researchers can focus astrophysical searches for dark matter, while highlighting the potential utility of a radio telescope in space.

Possible dark matter factories

The team suggests that some axions produced inside neutron stars could convert into photons and escape into space. But many of these particles would remain trapped by the star’s gravity, forming an axionic cloud around the neutron star. The group’s research describing the idea was recently published in Physical Review X and follows up on an earlier work by the team that explored axions that could escape the gravitational fields of the neutron stars that produce them.

“When we see something, what is happening is that electromagnetic waves (light) bounce off an object and hit our eyes. The way we ‘see’ axions is a little different,” said Anirudh Prabhu, a research scientist at the Princeton Center for Theoretical Science and co-author of the paper, in an email to Gizmodo. “While light can ‘bounce’ off of axions, this process is extremely rare. The more common way to detect axions is through the Primakoff effect, which allows axions to convert into light (and vice versa) in the presence of a strong magnetic field.”

Some neutron stars can be among the most magnetic objects in the universe, and therefore are given a special label: magnetars. This extremely magnetized environment is fertile breeding grounds for axions’ conversion into light, Prabhu said, which then could be detectable by space-based telescopes.

Dark matter and axion waves in the universe

Dark matter is the catch-all name for the 27% of stuff in the universe that scientists cannot directly observe because it does not emit light and only appears to interact with ordinary matter through gravitational interactions. Other candidates include Weakly Interacting Massive Particles (or WIMPs), dark photons, and primordial black holes, to name a few. Axions were originally proposed as a solution to a problem in particle physics: Basically, some of the predicted characteristics of the neutron aren’t observed in nature. Hence their name—axions—which comes from a cleaning product brand. After all, the axion was proposed as a way to clean up some of the nasty conundrums that arose around the Standard Model of particle physics. Last year, a different team of researchers studied Einstein rings—areas of space where light has been bent strongly by gravity, forming a visible “ring” in space—and found evidence boosting axions as a candidate for dark matter.

The electromagnetic waves (i.e., light) produced by converting axions could have wavelengths a fraction of an inch up to more than half a mile (one kilometer) long, Prabhu noted. But Earth’s ionosphere blocks very long wavelengths from Earth-based telescopes, so space-based observatories might be our best bet for spotting evidence of axions.

Neutron stars and axions have a history

“It is well established in the field of axion physics that if you have large, time-varying electric fields parallel to magnetic fields you end up with ideal conditions for producing axions,” said Benjamin Safdi, a particle physicist at UC Berkeley who was not affiliated with the recent paper, in an email to Gizmodo. “In retrospect, it is obvious and clear that if this process happens in pulsars a sizable fraction of the axions produced could be gravitationally bound due to the strong gravity of the neutron star. The authors deserve a lot of credit for pointing this out.”

In 2021, Safdi co-authored a paper positing that axions may be produced in the Magnificent Seven, a group of neutron stars in our own galaxy. The Magnificent Seven produce high-frequency X-rays, and the team proposed that axions converting into photons could produce X-rays like those observed by some telescopes. But many of the axions produced at the cores of those neutron stars stay closer to the source, the recent team said, and build up a large population over hundreds of millions—if not billions—of years.

“These axions accumulate over astrophysical timescales, thereby forming a dense ‘axion cloud’ around the star,” the team wrote in the paper. “While a deeper understanding of the systematic uncertainties in these systems is required, our current estimates suggest that existing radio telescopes could improve sensitivity to the axion-photon coupling by more than an order of magnitude.”

“There are a lot of uncertainties, however, in the calculations presented in this work — this is no fault of the authors; it is simply a hard, dynamical problem,” Safdi added. “I would also like to see more thorough work on the detection prospects for this signal, including a better job modeling the neutron star population and estimating the sensitivity with existing and upcoming instruments.”

So how can we detect and identify dark matter?

But the state-of-the-art telescopes in space are not radio telescopes. The Webb Space Telescope, launched in 2021, observes some of the oldest light we can see at infrared and near-infrared wavelengths. ESA’s Euclid Space Telescope, launched last year with the specific goal of improving our understanding of the universe’s dark matter, also sees the cosmos in the infrared. In fact, one of the most compelling options for a radio-based observatory is the Lunar Crater Radio Telescope (LCRT), which is exactly what it sounds like: a huge radio telescope that would make a dish out of a lunar crater on the dark side of the Moon.

“Axions are one of our best bets for new physics,” Safdi said, though they are “notoriously difficult to probe given their feeble interactions with ordinary matter.”

“These feeble interactions can be magnified in extreme astrophysical environments such as those found in neutron star magnetospheres,” he added. “Work like this could thus easily open the pathway towards discovery.”

There are plenty of radio telescopes doing fantastic work on Earth—MeerKAT, the Very Large Telescope, and ALMA, to name a few—but it seems we may need a new space-based mission if we want to have a chance of seeing axionic waves. No pressure, NASA coffers!


[ad_2]

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *