Wetenschap
Onderzoekers zeggen dat neutronensterren de sleutel zijn tot het begrijpen van ongrijpbare donkere materie
Wetenschappers zijn misschien een stap dichter bij het ontrafelen van een van de grote mysteries van het universum nadat ze hebben berekend dat neutronensterren een sleutel zouden kunnen zijn om ons te helpen ongrijpbare donkere materie te begrijpen.
In een artikel gepubliceerd in Journal of Cosmology and Astrodeeltjesfysica , berekenden natuurkundigen van het ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics, geleid door de Universiteit van Melbourne, dat energie die wordt overgedragen wanneer donkere materiedeeltjes botsen en vernietigen in koude, dode neutronensterren, de sterren zeer snel kan opwarmen.
Vroeger werd gedacht dat deze energieoverdracht heel lang zou kunnen duren, in sommige gevallen zelfs langer dan de leeftijd van het universum zelf, waardoor deze opwarming irrelevant zou worden.
Professor Nicole Bell van de Universiteit van Melbourne zei dat de nieuwe berekeningen voor het eerst aantonen dat het grootste deel van de energie binnen slechts een paar dagen zal worden opgeslagen.
“De zoektocht naar donkere materie is een van de grootste detectiveverhalen in de wetenschap. Donkere materie vormt 85 procent van de materie in ons universum, maar toch kunnen we het niet zien. Donkere materie heeft geen interactie met licht – dat doet het niet. absorbeert licht, reflecteert geen licht en straalt geen licht uit.
"Dit betekent dat onze telescopen het niet direct kunnen waarnemen, ook al weten we dat het bestaat. In plaats daarvan vertelt de zwaartekracht op objecten die we kunnen zien ons dat het er moet zijn.
‘Het is één ding om donkere materie theoretisch te voorspellen, maar het is iets anders om het experimenteel te observeren. Experimenten op aarde worden beperkt door de technische uitdagingen van het maken van voldoende grote detectoren. Neutronensterren fungeren echter als enorme natuurlijke detectoren voor donkere materie, die hebben donkere materie verzameld over astronomisch lange tijdschalen, dus ze zijn een goede plek voor ons om onze inspanningen te concentreren', zei professor Bell.
Neutronensterren ontstaan wanneer een superzware ster zonder brandstof komt te zitten en instort. Ze hebben een massa die vergelijkbaar is met die van onze zon, geperst in een bal van slechts 20 km breed. Hoe dichter ze ook zijn, ze zouden zwarte gaten worden.
‘Hoewel donkere materie het dominante type materie in het universum is, is het heel moeilijk te detecteren omdat de interacties met gewone materie erg zwak zijn. Zo zwak zelfs dat donkere materie dwars door de aarde kan gaan, of zelfs door de aarde. zon.
‘Maar neutronensterren zijn anders:ze zijn zo compact dat het veel waarschijnlijker is dat donkere materiedeeltjes met de ster interageren. Als donkere materiedeeltjes botsen met neutronen in de ster, zullen ze energie verliezen en vast komen te zitten. leiden tot een ophoping van donkere materie in de ster”, aldus professor Bell.
Universiteit van Melbourne Ph.D. kandidaat Michael Virgato zei dat dit naar verwachting oude, koude neutronensterren zal opwarmen tot een niveau dat mogelijk binnen het bereik van toekomstige waarnemingen ligt, of zelfs de ineenstorting van de ster tot een zwart gat zal veroorzaken.
‘Als de energieoverdracht snel genoeg gebeurt, zou de neutronenster worden opgewarmd. Om dit te laten gebeuren, moet de donkere materie vele botsingen in de ster ondergaan, waarbij steeds meer energie van de donkere materie wordt overgedragen totdat uiteindelijk alle energie is verdwenen. gedeponeerd in de ster," zei de heer Virgato.
Het was voorheen onbekend hoe lang dit proces zou duren, omdat, naarmate de energie van de donkere materiedeeltjes kleiner en kleiner wordt, het steeds minder waarschijnlijk is dat ze opnieuw met elkaar in wisselwerking staan. Als gevolg hiervan dacht men dat het overbrengen van alle energie erg lang zou duren – soms langer dan de leeftijd van het universum. In plaats daarvan berekenden de onderzoekers dat 99% van de energie in slechts een paar dagen wordt overgedragen.
‘Dit is goed nieuws, omdat het betekent dat donkere materie neutronensterren kan opwarmen tot een niveau dat potentieel kan worden gedetecteerd. Als gevolg hiervan zou de observatie van een koude neutronenster essentiële informatie opleveren over de interacties tussen donkere en reguliere materie, waardoor er licht ontstaat. over de aard van deze ongrijpbare substantie.
"Als we donkere materie willen begrijpen – die overal aanwezig is – is het van cruciaal belang dat we elke techniek die we tot onze beschikking hebben gebruiken om erachter te komen wat de verborgen materie van ons universum eigenlijk is," zei de heer Virgato.
Dit onderzoek werd uitgevoerd door een team van internationale experts van het ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics, waaronder professor Nicole Bell en Michael Virgato van de Universiteit van Melbourne, Dr. Giorgio Busoni van de Australian National University en Dr. Sandra Robles van Fermi National Accelerator Laboratory, VS.