Nötron Yıldızı Çarpışmaları Karanlık Madde Gizemlerine Işık Tutuyor

St. Louis’deki Washington Üniversitesi’nin araştırmasına göre, nötron yıldızı birleşmeleri, karanlık maddenin gerçek doğasını belirlemeye yönelik sonuçları olan yeni fizik sinyalleri için bir hazine hazinesidir.

17 Ağustos 2017’de Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LİGO), Amerika Birleşik Devletleri’nde ve İtalya’da bir dedektör olan Başak tespit edildi yerçekimi dalgaları iki nötron yıldızının çarpışmasından. Bu astronomik olay ilk kez sadece yerçekimsel dalgalarda duyulmadı, aynı zamanda yerdeki ve uzaydaki onlarca teleskopla ışıkta da görüldü.

Axion Benzeri Parçacıklar Üzerine Araştırma

Sanat ve Bilim alanında Fizikçi Bhupal Dev bundan elde edilen gözlemleri kullandı nötron yıldızı eksen benzeri parçacıklar üzerinde yeni kısıtlamalar elde etmek için astronomik çevrelerde GW170817 olarak tanımlanan bir olay olan birleşme. Bu varsayımsal parçacıklar doğrudan gözlemlenmemiştir ancak standart fizik modelinin birçok uzantısında görünmektedirler.

Aksiyonlar ve eksen benzeri parçacıklar, bilim adamlarının henüz açıklayamadığı evrendeki “kayıp” maddenin veya karanlık maddenin bir kısmını veya tamamını oluşturmaya adaydır. En azından, zayıf etkileşime giren bu parçacıklar, insanların hakkında çok şey bildiği görünür sektörü evrenin bilinmeyen karanlık sektörüne bağlayan bir tür portal görevi görebilir.

Çalışmanın ilk yazarı Dev, “Standart modelin ötesinde yeni fiziğin çok yakında gizlenebileceğinden şüphelenmek için iyi nedenlerimiz var” dedi. Fiziksel İnceleme Mektupları ve üniversitenin McDonnell Uzay Bilimleri Merkezi’nde öğretim üyesi.

Nötron Yıldızı Birleşmelerinden İçgörüler

İki nötron yıldızı birleştiğinde kısa bir süre için sıcak, yoğun bir kalıntı oluşur. Dev, bu kalıntının egzotik parçacık üretimi için ideal bir üreme alanı olduğunu söyledi. “Kalıntı, daha büyük bir nötron yıldızına veya bir nötron yıldızına yerleşmeden önce yaklaşık bir saniye boyunca tek tek yıldızlardan çok daha fazla ısınıyor. Kara delikbaşlangıçtaki kütlelere bağlı olarak” dedi.

GW170817’den dokuz gün sonrasına kadar gözlemlenen olayları temsil eden bu animasyonda, mahkum nötron yıldızları ölümlerine doğru hızla dönüyor. Kredi: NASAGoddard Uzay Uçuş Merkezi/CI Laboratuvarı

Bu yeni parçacıklar çarpışmanın enkazından sessizce kaçar ve kaynaklarından uzakta, bilinen parçacıklara, tipik olarak fotonlara bozunabilir. WashU mezunu Steven Harris’in (şu anda Indiana Üniversitesi’nde NP3M üyesi) yanı sıra Jean-Francois Fortin, Kuver Sinha ve Yongchao Zhang’ın da aralarında bulunduğu Dev ve ekibi, kaçan bu parçacıkların elektromanyetik sinyaller tarafından tespit edilebilecek benzersiz elektromanyetik sinyallere yol açtığını gösterdi. NASA’nın Fermi-LAT’ı gibi gama ışını teleskopları.

Araştırma ekibi, bu elektromanyetik sinyallerden gelen spektral ve zamansal bilgileri analiz etti ve sinyalleri bilinen astrofiziksel arka plandan ayırt edebildiklerini belirledi. Daha sonra eksen üzerinde yeni kısıtlamalar türetmek için GW170817 üzerindeki Fermi-LAT verilerini kullandılar.foton eksen kütlesinin bir fonksiyonu olarak bağlanma. Bu astrofiziksel kısıtlamalar, laboratuvar deneylerinden elde edilenleri tamamlayıcı niteliktedir. Aksiyon Axion parametre alanının farklı bir bölgesini araştıran Karanlık Madde eXperiment (ADMX).

Parçacık Fiziğinde Gelecek Beklentiler

Gelecekte bilim insanları, nötron yıldızı çarpışmaları sırasında başka ölçümler yapmak için Fermi-LAT gibi mevcut gama ışını uzay teleskoplarını veya WashU liderliğindeki Gelişmiş Parçacık Astrofizik Teleskobu (APT) gibi önerilen gama ışını görevlerini kullanabilirler. eksen benzeri parçacıklar hakkındaki anlayışlarını geliştirmeye yardımcı olun.

Dev, “Nötron yıldızı birleşmeleri gibi aşırı astrofiziksel ortamlar, evrendeki tüm maddenin kayıp %85’ini anlamanın anahtarını tutabilecek eksenler gibi karanlık sektör parçacıkları arayışımızda yeni bir fırsat penceresi sunuyor” dedi.

Referans: PS Bhupal Dev, Jean-François Fortin, Steven P. Harris, Kuver Sinha ve Yongchao Zhang, 5 Mart 2024, “Nötron Yıldızı Birleşmesi GW170817’nin Çoklu Mesajcı Çalışmalarından Eksen Benzeri Parçacıkların Foton Bağlantısına İlişkin İlk Kısıtlamalar”, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.101003

Bu çalışma Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi tarafından desteklenmiştir.