Kufizime të reja për praninë e materies së errët ultra të lehtë në Rrugën e Qumështit

Lënda e errët, e përbërë nga grimca që nuk reflektojnë, lëshojnë ose thithin dritën, parashikohet të përbëjnë pjesën më të madhe të materies në univers. Mungesa e ndërveprimeve të tij me dritën, megjithatë, pengon zbulimin e saj të drejtpërdrejtë duke përdorur metoda eksperimentale konvencionale.

Fizikantët janë përpjekur të krijojnë metoda alternative për të zbuluar dhe studiuar lëndën e errët për dekada, megjithatë shumë pyetje rreth natyrës së saj dhe pranisë së saj në galaktikën tonë mbeten pa përgjigje. Eksperimentet Pulsar Timing Array (PTA) janë përpjekur të hetojnë praninë e të ashtuquajturave grimca të materies së errët ultra të lehta duke ekzaminuar kohën e një grupi pulsarësh radio galaktikë milisekondash (dmth. objekte qiellore që lëshojnë pulsime të rregullta të valëve radio në milisekondë).

European Pulsar Timing Array, një ekip shumëkombësh studiuesish me bazë në institute të ndryshme që po përdor 6 radio-teleskopë në të gjithë Evropën për të vëzhguar pulsarët specifikë, kohët e fundit analizoi valën e dytë të të dhënave që ata mblodhën. Punimi i tyre , i botuar në Physical Review Letters , vendos kufizime më të rrepta për praninë e materies së errët ultra të lehtë në Rrugën e Qumështit.

“Ky punim ishte në thelb rezultat i projektit tim të parë të doktoraturës,” i tha Phys.org Clemente Smarra, bashkëautore e punimit. “Ideja lindi kur pyeta mbikëqyrësin tim nëse mund të kryeja kërkime duke u fokusuar në shkencën e valëve gravitacionale, por nga perspektiva e fizikës së grimcave. Qëllimi kryesor i projektit ishte të kufizonte praninë e të ashtuquajturës materies e errët ultra të lehtë në galaktikën tonë. .”

Lënda e errët ultra e lehtë është një kandidat hipotetik i materies së errët, e përbërë nga grimca shumë të lehta që mund të adresojnë misteret e gjata në fushën e astrofizikës. Studimi i fundit nga Smarra dhe kolegët e tij kishte për qëllim të hetonte praninë e mundshme të këtij lloji të materies së errët në galaktikën tonë, nëpërmjet të dhënave të mbledhura nga Grupimi i Kohës së Pulsarit Evropian.

“Ne u frymëzuam nga përpjekjet e mëparshme në këtë fushë, veçanërisht nga puna e Poraykos dhe bashkëpunëtorëve të saj ”, tha Smarra. “Falë kohëzgjatjes më të gjatë dhe saktësisë së përmirësuar të të dhënave tona, ne ishim në gjendje të vendosnim kufizime më të rrepta për praninë e materies së errët ultra të lehtë në Rrugën e Qumështit.”

Punimi i fundit nga European Pulsar Timeing Array bën supozime të ndryshme nga ato të bëra nga studimet e tjera të kryera në të kaluarën. Në vend që të hetohen ndërveprimet midis materies së errët dhe materies së zakonshme, supozohet se këto ndërveprime ndodhin vetëm nëpërmjet efekteve gravitacionale.

“Ne supozuam se materia e errët ndërvepron me lëndën e zakonshme vetëm përmes ndërveprimit gravitacional,” shpjegoi Smarra. “Ky është një pretendim mjaft i fortë: në fakt, e vetmja gjë e sigurt që dimë për lëndën e errët është se ajo ndërvepron në mënyrë gravitacionale. Me pak fjalë, materia e errët prodhon puse të mundshme në të cilat udhëtojnë rrezet e radios pulsar. Por thellësia e këtyre puseve është periodike në kohë, prandaj koha e udhëtimit të rrezeve të radios nga pulsarët në Tokë ndryshon gjithashtu me një periodicitet të veçantë.”

Duke kërkuar për këtë efekt të veçantë brenda valës së dytë të të dhënave të lëshuara nga Grupimi i Kohës së Pulsarit Evropian, Smarra dhe kolegët e tij ishin në gjendje të vendosnin kufizime të reja për praninë e materies së errët ultra të lehtë rreth pulsarëve. Grupi i Kohës së Pulsarit Evropian i ka mbledhur këto të dhëna për gati 25 vjet, duke përdorur 6 radio teleskopë të sofistikuar të vendosur në vende të ndryshme nëpër Evropë.

“Bazuar në analizat tona, ne mund të përjashtojmë që grimcat ultra të lehta në një gamë të caktuar masash mund të përbëjnë sasinë e plotë të materies së errët,” tha Smarra. “Prandaj, nëse ata do të ishin atje, ne do të kishim nevojë për diçka tjetër për të shpjeguar atë që shohim. Dhe ky rezultat është mjaft i fortë, pasi ne u fokusuam në ndërveprimin gravitacional të materies së errët, e cila është e vetmja gjë që dimë me siguri.”

Puna e fundit nga Grupi Evropian i Kohës së Pulsarit tregon se grimcat ultra të lehta me masa 10−24,0 eV≲m≲10−23,3 eV nuk mund të përbëjnë 100% të densitetit lokal të matur të lëndës së errët dhe mund të kenë më së shumti një densitet lokal prej ρ≲0,3 GeV/cm 3 . Këto kufizime të reja mund të udhëheqin kërkime të mëtejshme në këtë fushë, duke informuar potencialisht kërkimet e ardhshme për këtë kandidat të pakapshëm të lëndës së errët.

“Unë jam duke planifikuar të eksploroj nëse pulsarët kanë nënshkrime që mund të na tregojnë diçka më shumë për materien e errët ,” shtoi Smarra. “Për më tepër, unë jam përgjithësisht i interesuar për shkencën PTA; prandaj do të doja të punoja edhe në modelimin astrofizik të sistemeve binare supermasive të vrimave të zeza, të cilat besohet të jenë një shpjegim bindës për sfondin e valëve gravitacionale stokastike që kemi vëzhguar kohët e fundit.”