Een astrofysicus van de Universiteit van Colorado in Boulder zoekt het licht dat van een verre, en extreem krachtig hemellichaam, voor wat misschien wel de meest ongrijpbare substantie in het universum is:donkere materie.

In twee recente onderzoeken Jeremy schat, een professor in de afdeling Astrofysische en Planetaire Wetenschappen, heeft de PSR J1745-2900 grondig bekeken. Dit lichaam is een magnetar, of een soort ingestorte ster die een ongelooflijk sterk magnetisch veld genereert.

"Het is de beste natuurlijke donkeremateriedetector die we kennen, " zei schat, ook van het Center for Astrophysics and Space Astronomy (CASA) aan de CU Boulder.

Hij legde uit dat donkere materie een soort kosmische lijm is - een tot nu toe ongeïdentificeerd deeltje dat ongeveer 27% van de massa van het universum uitmaakt en helpt om sterrenstelsels zoals onze eigen Melkweg aan elkaar te binden. Daten, wetenschappers hebben de jacht op deze onzichtbare materie meestal geleid met behulp van laboratoriumapparatuur.

Darling heeft een andere benadering gekozen in zijn laatste onderzoek:tekenen op telescoopgegevens, hij tuurt naar PSR J1745-2900 om te zien of hij de zwakke signalen kan detecteren van een kandidaat voor donkere materie - een deeltje dat het axion wordt genoemd - dat in licht verandert. Tot dusver, de zoektocht van de wetenschapper is leeg gekomen. Maar zijn resultaten kunnen natuurkundigen die in laboratoria over de hele wereld werken, helpen hun eigen jacht op het axion te beperken.

De nieuwe studies herinneren er ook aan dat onderzoekers nog steeds naar de lucht kunnen kijken om enkele van de moeilijkste vragen in de wetenschap op te lossen, zei schat. Hij publiceerde deze maand zijn eerste resultatenronde in de Astrofysische journaalbrieven en Fysieke beoordelingsbrieven .

"In de astrofysica, vinden we al deze interessante problemen zoals donkere materie en donkere energie, dan doen we een stap terug en laten natuurkundigen ze oplossen, "zei hij. "Het is een schande."

natuurlijk experiment

Darling wil daar verandering in brengen - in dit geval met een beetje hulp van PSR J1745-2900.

Deze magnetar draait op een afstand van minder dan een lichtjaar om het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg. En het is een natuurkracht:PSR J1745-2900 genereert een magnetisch veld dat ongeveer een miljard keer krachtiger is dan de krachtigste magneet op aarde.

"Magnetars hebben al het magnetische veld dat een ster heeft, maar het is vermalen tot een gebied van ongeveer 20 kilometer breed, ' zei schat.

En het is waar Darling is gaan vissen op donkere materie.

Hij legde uit dat wetenschappers nog geen enkel axion hebben gevonden, een theoretisch deeltje dat voor het eerst werd voorgesteld in de jaren zeventig. natuurkundigen, echter, voorspellen dat deze kortstondige stukjes materie in monumentale aantallen zijn gecreëerd tijdens het vroege leven van het universum - en in hoeveelheden die groot genoeg zijn om de extra massa van de kosmos uit donkere materie te verklaren. Volgens de theorie, axionen zijn miljarden of zelfs triljoenen keren lichter dan elektronen en zouden slechts zelden in wisselwerking staan ​​met hun omgeving.

Daardoor zijn ze bijna niet te observeren, met één grote uitzondering:als een axion door een sterk magnetisch veld gaat, het kan transformeren in licht dat onderzoekers zouden kunnen, theoretisch, detecteren.

wetenschappers, inclusief een team bij JILA op de CU Boulder-campus, hebben in het laboratorium gegenereerde magnetische velden gebruikt om te proberen die overgang in actie vast te leggen. Darling en andere wetenschappers hadden een ander idee:waarom niet dezelfde zoekopdracht proberen, maar op een veel grotere schaal?

"Magnetars zijn de meest magnetische objecten die we kennen in het universum, "zei hij. "We kunnen op geen enkele manier in de buurt komen van die kracht in het lab."

Versmalling in

Om gebruik te maken van dat natuurlijke magnetische veld, Darling maakte gebruik van observaties van PSR J1745-2900 gemaakt door de Karl G. Jansky Very Large Array, een observatorium in New Mexico. Als de magnetar was, inderdaad, axions omzetten in licht, dat metamorfose zou kunnen verschijnen in de straling die uit de ingestorte ster komt.

De inspanning lijkt een beetje op het zoeken naar een enkele naald in een echt, echt grote hooiberg. Darling zei dat, hoewel theoretici grenzen hebben gesteld aan hoe zwaar axions kunnen zijn, deze deeltjes kunnen nog steeds een breed scala aan mogelijke massa's hebben. Elk van die massa's, beurtelings, licht zou produceren met een specifieke golflengte, bijna als een vingerafdruk achtergelaten door donkere materie.

Darling heeft nog geen van die verschillende golflengten gezien in het licht dat van de magnetar komt. Maar hij heeft de waarnemingen kunnen gebruiken om het mogelijke bestaan ​​van axionen over de meest uiteenlopende massa's tot nu toe te onderzoeken - niet slecht voor zijn eerste poging. Hij voegde eraan toe dat dergelijke onderzoeken een aanvulling kunnen zijn op het werk dat gebeurt in experimenten op aarde.

Konrad Lehnert was het daarmee eens. Hij maakt deel uit van een experiment onder leiding van Yale University, genaamd, niet verrassend, HAYSTAC - dat is op zoek naar axions met behulp van magnetische velden die in laboratoria in het hele land zijn gecreëerd.

Lehnert legde uit dat astrofysische studies zoals die van Darling kunnen fungeren als een soort verkenner in de jacht op axions - interessante signalen identificeren in het licht van magnetars, waar laboratoriumonderzoekers dan met veel grotere precisie in konden graven.

"Deze goed gecontroleerde experimenten zouden in staat zijn om uit te zoeken welke van de astrofysische signalen een oorsprong van donkere materie hebben, " zei Lehnert, een collega bij JILA, een gezamenlijk onderzoeksinstituut tussen CU Boulder en het National Institute of Standards and Technology (NIST).

Darling is van plan zijn eigen zoektocht voort te zetten, wat betekent dat we nog beter naar de magnetar in het centrum van onze melkweg moeten kijken:"We moeten die gaten opvullen en nog dieper gaan."