A mund të zbulohet drejtpërdrejt lënda e errët e fotonit të errët duke përdorur teleskopët radio?

Lënda e errët, materia në univers që nuk lëshon, thith ose reflekton dritën, nuk mund të zbulohet drejtpërdrejt duke përdorur teleskopët konvencionalë ose teknologji të tjera imazherike. Kështu, astrofizikanët janë përpjekur të identifikojnë metoda alternative për të zbuluar lëndën e errët për dekada.

Studiuesit në Universitetin Tsinghua, Observatori i Malit Purple dhe Universiteti i Pekinit kryen së fundmi një studim duke eksploruar mundësinë e zbulimit të drejtpërdrejtë të fotoneve të errëta, kandidatët e shquar të lëndës së errët, duke përdorur teleskopë radio. Punimi i tyre, i botuar në Physical Review Letters, mund të informojë kërkimet e ardhshme për fotone të errëta, të cilat janë grimca hipotetike që do të bartin një forcë në lëndën e errët, në mënyrë të ngjashme me mënyrën se si fotonet bartin elektromagnetizmin në lëndën normale.

“Puna jonë e mëparshme studioi shndërrimin e fotoneve të errëta në fotone në koronën diellore,” tha Haipeng An, një nga studiuesit që kreu studimin, për Phys.org.

“Ky proces përfshin ngacmimin e elektroneve të lira nga fushat e errëta të fotoneve, duke çuar në emetimin e fotoneve normale. Duke u bazuar në këtë punë, Jia dhe unë konsideruam përdorimin e elektroneve të lira në një teleskop me pjatë për të nxitur sinjale elektromagnetike dhe më pas përdorimin e teleskopit FAST për të. kërkoni për kërkimin e një sinjali të tillë.”

Menjëherë pas kësaj, ata filluan të eksploronin përdorimin e teleskopëve me pjatë për të kërkuar sinjale elektromagnetike të lidhura me foton e errët, An dhe kolegët e tij kuptuan se për shkak të natyrës jorelativiste të materies së errët, reflektori në teleskopë të tillë do të duhej të ishte sferik dhe marrësi i sinjalit duhet të vendoset në qendër të kësaj sfere.

Megjithatë, radioteleskopët ekzistues, siç është radioteleskopi sferik me hapje prej pesëqind metrash (FAST) në Kinë, janë projektuar për të vëzhguar sinjalet e radios në distancë, kështu që forma e enës së tyre është parabolike, me marrësin e vendosur në pikën e fokusi.

Kjo do të thoshte se sinjalet elektromagnetike të shkaktuara nga fotonet e errëta nuk do të përqendroheshin në marrësin e tyre.

“Pas këtij realizimi, ne hoqëm dorë përkohësisht nga kjo ide”, shpjegoi An. “Në verën e vitit 2021, më ftuan të mbaja leksione për lëndën e errët në shkollën verore të UFITS për kozmologjinë e mbajtur në faqen FAST, ku studiova detajet se si funksionon teleskopi FAST. Mësova se marrësi ishte pezulluar sipër pjatës mund të lëvizte përreth në mënyrë që teleskopi të mund të vëzhgonte valët e radios nga drejtime të ndryshme. Më pas dola me idenë se megjithëse valët EM të shkaktuara nga materia e errët e fotonit të errët nuk janë të fokusuara në marrës, fusha EM mund të formojë një shpërndarje në krye të gjellë, dhe kjo shpërndarje mund të llogaritet me saktësi teorikisht.”

Sipas parashikimeve teorike të mëvonshme të An-it, marrësi i lëvizshëm në teleskopët radio duhet të jetë në gjendje të mbledhë sinjale elektromagnetike në vende të ndryshme. Sinjalet e mbledhura nga marrësi mund të krahasohen më pas me shpërndarjet e parashikuara nga teoria, gjë që do të ndihmonte në përmirësimin e ndjeshmërisë së teleskopëve ndaj sinjaleve të shkaktuara nga fotoni i errët.

“Me kolegët tanë, ne filluam të llogarisim këtë sinjal,” tha An. “Për habinë tonë, ne zbuluam se edhe pa marrë parasysh shpërndarjen, me ndjeshmërinë e jashtëzakonshme, edhe me faktin që sinjali i shkaktuar nga materia e errët e fotonit të errët nuk fokusohet te marrësi, ndjeshmëria e teleskopit FAST tashmë e ka tejkaluar kufizimin CMB. , që do të thotë se teleskopi FAST mund të zbulojë lëndën e errët nëse materia e errët përbëhet nga foton i errët dhe është në rajonin e masës së duhur.”

Për të vlerësuar më tej qëndrueshmërinë e metodës së tyre të propozuar për të kërkuar fotone të errëta, An dhe kolegët e tij gjithashtu analizuan të dhënat e vëzhgimit të mbledhura nga radio teleskopi FAST, i cili ndodhet në një fshat në malet në rajonin Guizhou në Kinë. Këto të dhëna janë siguruar nga Prof. Xiaoyuan Huang, i cili është gjithashtu një bashkautor i punimit të fundit.

“Ne analizuam të dhënat dhe vendosëm kufirin më të rreptë në model në intervalin e frekuencës 1-1.5 GHz,” tha An. “Ne e kuptuam se materia e errët e fotonit të errët mund të nxiste sinjale elektrike në antenat dipole dhe se për shkak të natyrës jorelativiste, ne mund të përdorim teknologjinë e interferometrisë për të përmirësuar ndjeshmërinë, prandaj, ne llogarisim ndjeshmërinë e mundshme të teleskopit LOFAR dhe të SKA-së së ardhshme. teleskop dhe zbulojnë se të dy kanë potencialin për të zbuluar lëndën e errët të fotonit të errët.”

Në përgjithësi, analizat e kryera nga ky ekip studiuesish sugjerojnë se radio teleskopët potencialisht mund të mundësojnë zbulimin e drejtpërdrejtë të fotoneve të errëta. Kështu, puna e tyre mund të zgjerojë horizontet në kërkimin e vazhdueshëm për fotone të errëta, veçanërisht fotone të errëta ultra të lehta.

“Në fillim të viteve 1960, ndërsa kryenin kërkime në radio astronomi, Penzias dhe Wilson u ndeshën me një zhurmë të papritur të nivelit të ulët të sfondit,” tha An. “Kjo zhurmë më vonë u konfirmua se ishte rrezatimi kozmik i sfondit të mikrovalës, duke ofruar prova të rëndësishme për zgjerimin e hershëm të nxehtë të universit. Fotonet e errëta ultra të lehta shfaqin ndërveprime elektromagnetike të ngjashme me foton përmes përzierjes kinetike me fotonet. Si një kandidat për materien e errët difuze në univers, fotonet e errëta ultra të lehta mund të shfaqin sjellje të ngjashme me atë të rrezatimit kozmik të sfondit të mikrovalës. Duke dëgjuar me kujdes me radio teleskopët modernë, mund të dëgjohen pëshpëritje të pakapshme nga bota e errët.”

Fotonet e errëta ultra të lehta mund të sillen në mënyrë të ngjashme me fushat e errëta elektromagnetike me frekuenca specifike, dhe ky ekip kërkimor tregoi se mund të zbulohet potencialisht duke përdorur teleskopë radio, instrumente që përdoren zakonisht për të vëzhguar sfondin kozmik të mikrovalës. Në të ardhmen, konsideratat e tyre teorike mund të informojnë kërkimet për lëndën e errët të fotonit të errët që mbështeten në vëzhgimet e teleskopit të radios në shkallë të gjerë.

“Puna jonë mund të hapë një nënfushë të re në radio astronominë,” shtoi An. “Ne tani planifikojmë të kërkojmë sinjale të materies së errët të fotonit të errët në të dhënat nga teleskopët LOFAR dhe MeerKAT. Ne gjithashtu planifikojmë ta zbatojmë këtë ide për të kërkuar për materien e errët aksioni, një tjetër kandidat konkurrues i lëndës së errët ultra të lehtë.”