Progressi nel puzzle cosmico: sbloccare potenziali chiavi per comprendere la materia oscura

IL Assioniun tipo di ipotetica particella subatomica, è tra i candidati migliori fisico Spiegare Il fenomeno della “materia mancante”. dentro essendoquesto è Materia oscura. La domanda centrale nella ricerca attuale è: in cosa consiste? La risposta probabile è che è fatto di queste molecole.

Un team di astrofisici guidato da ricercatori universitari Amsterdam E Princeton Ha dimostrato che se la materia oscura fosse composta da essa, potrebbe apparire come il sottile bagliore aggiuntivo delle pulsar. Le conclusioni sono state pubblicate sulla rivista Lettere di revisione fisica.

Potrebbe trattarsi di materia oscura La parte più ricercata del nostro mondo. Sorprendentemente, questa misteriosa forma di materia, che né i fisici né gli astronomi sono ancora riusciti a rilevare, costituisce presumibilmente gran parte di ciò che esiste.

Questo è sospettato Almeno l'85% della materia dell'universo è “oscura”.Attualmente può essere osservato solo attraverso l'attrazione gravitazionale che esercita su altri oggetti astronomici. Gli scienziati vogliono vedere effettivamente la materia oscura, o almeno rilevarne direttamente l’esistenza, non solo dedurla dagli effetti gravitazionali. E ovviamente: vogliono sapere di cosa si tratta.

Alcune questioni sono già state chiarite: La materia oscura non può essere lo stesso tipo di materia di cui sono fatti gli esseri umani. Se così fosse, si comporterebbe semplicemente come un essere normale: formerebbe oggetti come le stelle, e si illuminerebbe e non si oscurerebbe. Gli scienziati sono quindi alla ricerca di qualcosa di nuovo: un tipo di particella che nessuno ha ancora scoperto e che forse interagisce molto debolmente con le particelle che conosciamo, il che spiega perché questa componente del nostro universo è stata finora così sfuggente.

Ci sono molti indizi su dove cercare. Esiste un’ipotesi comune secondo cui la materia oscura potrebbe essere composta da assoni. Questo ipotetico tipo di particella fu introdotto per la prima volta negli anni ’70 per risolvere un problema non correlato alla materia oscura. Si scopre che la separazione delle cariche positive e negative all'interno del neutrone, uno degli elementi costitutivi degli atomi ordinari, era inaspettatamente piccola.

Si scopre che la presenza di un tipo di particella finora sconosciuto, che interagisce molto debolmente con i componenti dei neutroni, può causare proprio questo effetto. Il vincitore del Premio Nobel Frank Wilczek ha inventato un nome per la nuova particella: Azione.

Varie teorie sulle particelle elementari, inclusa la teoria delle stringhe, sono i principali candidati Unificando tutte le forze della natura, sembravano predire la possibilità che si formassero particelle simili ad assioni. Se questi esistono, potrebbero anche costituire parte o addirittura tutta la materia oscura mancante? Forse, ma un’ulteriore domanda che tormenta tutta la ricerca sulla materia oscura vale anche per gli assioni: se sì, come potrebbero essere visti? Come si può rendere visibile qualcosa di oscuro?

Se le teorie che prevedono gli assoni fossero corrette, non solo ci si aspetterebbe che essi venissero prodotti in grandi quantità nell’universo, ma alcuni assoni potrebbero anche essere trasformati in luce in presenza di forti campi elettromagnetici. Una volta che c'è la luce, è possibile vedere. Potrebbe essere questa la chiave per individuare gli assoni e quindi scoprire la materia oscura? Per rispondere a questa domanda, gli scienziati hanno dovuto prima indagare dove si trovano i campi elettrici e magnetici più forti conosciuti nell’universo.

In questo senso, hanno potuto scoprire che ciò accade nelle regioni circostanti le stelle di neutroni rotanti, note anche come Pulsare. Sono oggetti densi, con una massa approssimativamente uguale a quella del nostro Sole, ma un raggio circa 100.000 volte più piccolo, ovvero solo circa 10 chilometri. A causa delle loro piccole dimensioni, le pulsar ruotano a frequenze enormi, emettendo fasci stretti e luminosi lungo il loro asse di rotazione. Simile al faro, lI raggi della pulsar possono viaggiare intorno alla Terra, rendendo la pulsar più facile da vedere.

accanto a, Una pulsar trasforma una stella di neutroni in un elettromagnete estremamente potente. Ciò a sua volta potrebbe significare che lo sono Le fabbriche di Accion sono altamente efficienti. Ogni secondo, la pulsar media sarà in grado di produrre un numero di assi di 50 cifre. A causa del forte campo elettromagnetico che circonda la pulsar, parte di questi assoni possono essere convertiti in luce osservabile. Basterebbe osservare le pulsar, vedere se emettono luce extra e, se lo fanno, determinare se quella luce extra potrebbe provenire dagli assoni.

Fare un’osservazione di questo genere non è facile. La luce emessa dagli assoni, che può essere rilevata come onde radio, sarà solo una piccola frazione della luce totale emessa da questi luminosi fari cosmici. Devi sapere in modo molto preciso come apparirebbe una pulsar senza assi e una con essi in modo da poter vedere la differenza, quindi quantificare quella differenza e trasformarla in una misura di quanto sia oscura.

Ed è esattamente ciò che ha fatto un team di fisici e astronomi. In uno sforzo di collaborazione tra Paesi Bassi, Portogallo e Stati Uniti d'AmericaInsieme hanno costruito un quadro teorico completo che consente una comprensione dettagliata dell’argomento Come vengono prodotti gli assioni? Come sfuggono all'attrazione gravitazionale di una stella di neutroni e come durante la fuga si trasformano in radiazioni radio a bassa energia.

I risultati teorici sono stati poi trasferiti a un computer per modellare la produzione di assioni attorno alle pulsar, utilizzando simulazioni numeriche all’avanguardia originariamente sviluppate per comprendere la fisica alla base del modo in cui le pulsar emettono onde radio. Una volta effettivamente prodotti, è stata simulata la propagazione degli assoni attraverso i campi elettromagnetici della stella di neutroni. Ciò ha permesso ai ricercatori di comprendere quantitativamente la successiva produzione di onde radio e di modellare come questo processo fornisca un segnale aggiuntivo oltre alle emissioni intrinseche generate dalla pulsar stessa.

I risultati della teoria e della simulazione sono stati poi sottoposti al primo test osservativo. Utilizzando i dettagli di 27 pulsar vicine, i ricercatori hanno confrontato le onde radio con i modelli, per vedere se eventuali picchi misurati potessero fornire la prova dell’esistenza degli assi. Purtroppo la risposta è stata no, o forse, più ottimisticamente, non ancora. I perni non sono immediatamente evidenti, ma forse non ce lo aspettavamo. Se la materia oscura rivelasse i suoi segreti così facilmente, sarebbe stata osservata molto tempo fa.

Allo stesso tempo, la mancata rilevazione dei segnali radio degli interlocutori è di per sé un risultato interessante. Il primo confronto tra simulazioni e pulsar reali ha posto i limiti più stringenti finora sull'interazione che gli assoni possono avere con la luce.

L’obiettivo finale è dimostrare l’esistenza degli assioni o confermare che è improbabile che facciano parte della materia oscura. I nuovi risultati sono solo un primo passo in questa direzione; È solo l’inizio di quello che potrebbe diventare un campo completamente nuovo e interdisciplinare, e ha il potenziale per compiere progressi significativi nella ricerca sugli assoni.