Dark Matter Hurricane ger bättre chans att identifiera axionpartiklar

Heads up, vi är i en orkan vi inte kan se. Dess superkraft av osynlighet härrör från att den är gjord av mörk materia.

Och astropartikelfysiker fann en utmärkt användning för detta osynliga rymd orkan: lösa mysteriet om vad som utgör den mystiska substansen. I ett papper publicerat 7 november i tidningen Fysik granskning D forskare från Universidad de Zaragoza, King's College London och Storbritanniens Astronomiska institut förutsäger högre möjligheter att identifiera mörk materia genom att använda detaljerad satellitdata om stjärnornas rörelser.

En påminnelse om att mänskligheten är en droppe i universums skopa

Den totala mängden normal massa som observeras av mänskligheten - din katt, solen, en Tide pod - utgör mindre än fem procent av universum. Ungefär 68 procent är mörk energi, och de sista 27 procenten är mörk materia. Bara mörkt utrymme gjort av vem-vet-vad som potentiellt driver den accelererande utvidgningen av universum. Av de nuvarande teorierna stödjer forskare svagt interaktiva massiva partiklar (WIMPs) eller axioner som mysterypartikeln.

Vi simmar i grunden i sakerna, vilka forskare gillar Ciaran A. J. O'Hare, Ph.D., en teoretisk fysik postdoc vid Zaragoza universitet och studiens första författare, kallar "mörk materiavind".

"Anledningen till att vi använder den här frasen är att vi är inbäddade i ett mörker av mörk materia och vi roterar i den galaktiska skivan (detta roterande hjul av stjärnor och gas), men halongen är väldigt annorlunda", berättar O'Hare Omvänd. "Det finns ingen disk av mörk materia, ingen föredragen rotation, bara surrande i slumpmässiga riktningar."

I grund och botten kan vi inte veta vad partikeln är, men eftersom vi känner till den riktning vi roterar kan forskare som O'Hare avgöra var mörk materia kommer från, vilket är där stjärnströmmar - resterna av dvärggalaxier sträckte sig över himlen - kom in

"Strömmar är verkligen generiska förutsägelser om hur vi förstår galaxer att bilda," säger O'Hare. De flesta strömmar är ljumma och små, men en mängd rik data som samlas in av den europeiska rymdorganisationens Gaia-satellit på avståndet och hastigheten på över en miljard stjärnor ger forskare de uppgifter som behövs för att identifiera strömmar som är svåra att se med det mänskliga ögat. Dessutom vet forskare att de här dvärggalaxerna återfinns med mörk materia.

S1-strömmen, identifierad tack vare Gaia, stormar oss som en orkan av två skäl.

"Den riktigt typ av anmärkningsvärda sak som vi funnit om S1 är att vi inte bara sitter inuti, men den riktning vi går är motsatt, vi flyttar uppströms", förklarar O'Hare. "När vi testar för det, när vi ser mörk materia, om S1-strömmen är där kan vi vara extra säker på att den signal vi har sett är mörk materia eftersom vi kan associera den med det här objektet vi kan se ut i rymden."

Hur upptäcker vi mörk materia?

Trots det faktum att mörk materia slår vår galax i ansiktet, visar detektion en utmaning. Experiment skapar vanligtvis en kollision och mäter energi, ljus eller värmespridning. Tidigare experiment som riktar sig mot WIMPs såg på nanometerskala, och det detekterbara energifönstret förblev smalt. För tydligare bevis på strömmen valde gruppen att leta efter olika hypotetiska partiklar, axioner, under experimentella förhållanden som gör det möjligt för dem att leta efter millimeterskala (fortfarande liten men detekterbar) med en mycket större chans att lyckas.

Nuvarande experiment försöker att nivå upp i två riktningar, enligt O'Hare. Vissa forskare gör experimentet så stort som möjligt, för att ge partiklar mer att interagera med. Å andra sidan uppträder exponentiellt mer energihändelser för mörk materia vid lägre energinivåer, vilket kräver att man läser tennare och tinier signaler.

Trots utmaningarna finns S1-strömmen på en lovande korsning. "Det viktigaste jag verkligen tycker om S1-strömmen är att det i grund och botten ger oss en annan sak att leta efter", säger O'Hare. "Det är gränssnittet för astronomi och partikelfysik. Det är vad astronomi kan berätta om partikelfysik, och vilken partikelfysik kan berätta astronomi."