Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Nieuwe natuurkunde vinden in puin van botsende neutronensterren

Een artistieke weergave van ons hoofdidee. De ALP (stippellijn) ontsnapt, nadat hij tijdens de NS-fusie is geproduceerd, en vervalt buiten de fusieomgeving in fotonen, die kunnen worden gedetecteerd door de Fermi-satelliet. Credit:Fysieke beoordelingsbrieven (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.101003

Volgens onderzoek van de Washington University in St. Louis zijn fusies van neutronensterren een schatkamer voor nieuwe natuurkundige signalen, met implicaties voor het bepalen van de ware aard van donkere materie.



Op 17 augustus 2017 detecteerden de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) in de Verenigde Staten en Virgo, een detector in Italië, zwaartekrachtsgolven afkomstig van de botsing van twee neutronensterren. Voor het eerst werd deze astronomische gebeurtenis niet alleen gehoord in zwaartekrachtsgolven, maar ook in licht gezien door tientallen telescopen op de grond en in de ruimte.

Natuurkundige Bhupal Dev van Arts &Sciences gebruikte waarnemingen van deze samensmelting van neutronensterren – een gebeurtenis die in astronomische kringen wordt geïdentificeerd als GW170817 – om nieuwe beperkingen af ​​te leiden voor axionachtige deeltjes. Deze hypothetische deeltjes zijn niet rechtstreeks waargenomen, maar komen voor in veel uitbreidingen van het standaard natuurkundige model.

Axionen en axionachtige deeltjes zijn leidende kandidaten om een ​​deel of de gehele ‘ontbrekende’ materie, of donkere materie, van het universum samen te stellen waar wetenschappers nog geen rekening mee hebben kunnen houden. Op zijn minst kunnen deze zwak op elkaar inwerkende deeltjes dienen als een soort portaal, dat de zichtbare sector waar mensen veel vanaf weten, verbindt met de onbekende donkere sector van het universum.

"We hebben goede redenen om te vermoeden dat nieuwe natuurkunde die verder gaat dan het standaardmodel op de loer ligt", zegt Dev, eerste auteur van het onderzoek in Physical Review Letters en een faculteitsmedewerker van het McDonnell Center for the Space Sciences van de universiteit.

Gedoemde neutronensterren dwarrelen hun ondergang tegemoet in deze animatie, die fenomenen weergeeft die tot negen dagen na GW170817 zijn waargenomen. Krediet:NASA Goddard

Wanneer twee neutronensterren samensmelten, wordt gedurende korte tijd een heet, dicht overblijfsel gevormd. Dit overblijfsel is een ideale voedingsbodem voor de productie van exotische deeltjes, zei Dev. "Het overblijfsel wordt ongeveer een seconde veel heter dan de individuele sterren voordat het zich nestelt in een grotere neutronenster of een zwart gat, afhankelijk van de initiële massa", zei hij.

Deze nieuwe deeltjes ontsnappen stilletjes aan het puin van de botsing en kunnen, ver weg van hun bron, vervallen tot bekende deeltjes, meestal fotonen. Dev en zijn team – waaronder WashU-alumnus Steven Harris (nu NP3M fellow aan de Universiteit van Indiana), evenals Jean-Francois Fortin, Kuver Sinha en Yongchao Zhang – lieten zien dat deze ontsnapte deeltjes aanleiding geven tot unieke elektromagnetische signalen die kunnen worden gedetecteerd door gammastraaltelescopen, zoals NASA's Fermi-LAT.

Het onderzoeksteam analyseerde spectrale en temporele informatie uit deze elektromagnetische signalen en stelde vast dat ze de signalen konden onderscheiden van de bekende astrofysische achtergrond.

Vervolgens gebruikten ze Fermi-LAT-gegevens over GW170817 om nieuwe beperkingen af ​​te leiden voor de axion-fotonkoppeling als functie van de axionmassa. Deze astrofysische beperkingen zijn complementair aan de beperkingen die voortkomen uit laboratoriumexperimenten, zoals ADMX, waarbij een ander gebied van de axionparameterruimte wordt onderzocht.

In de toekomst zouden wetenschappers bestaande gammastralingsruimtetelescopen, zoals de Fermi-LAT, of voorgestelde gammastralingsmissies, zoals de door WashU geleide Advanced Particle-astrophysics Telescope (APT), kunnen gebruiken om andere metingen uit te voeren tijdens botsingen met neutronensterren en helpen hun begrip van axionachtige deeltjes te verbeteren.

"Extreme astrofysische omgevingen, zoals het samensmelten van neutronensterren, bieden nieuwe kansen in onze zoektocht naar deeltjes in de donkere sector, zoals axionen, die de sleutel zouden kunnen vormen tot het begrijpen van de ontbrekende 85% van alle materie in het universum", aldus Dev. /P>

Meer informatie: P. S. Bhupal Dev et al., Eerste beperkingen op de fotonkoppeling van Axion-achtige deeltjes uit multimessenger-onderzoek naar de fusie van neutronensterren GW170817, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.101003

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven

Aangeboden door de Washington Universiteit in St. Louis




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Vooruitgang in de mei-veredeling (Prunus mume):genomische inzichten in sier- en kouderesistentie-eigenschappen
  2. ASMR-betekenis en waarom ASMR-video's zo populair zijn
  3. Kan de wetenschap verklaren waarom we zoenen met onze ogen dicht?
  4. Leeftijd van moeders beïnvloedt genetische overeenkomst tussen tweelingen
  5. Waarom zebravissen beschadigd hartweefsel kunnen regenereren, terwijl andere vissoorten dat niet kunnen
  6. Verschil tussen aangesloten en losgemaakte Ribosomes
  7. Darwins afschuwelijke mysterie oplossen:hoe bloeiende planten de wereld veroverden
  8. Bestrijding van het witte-neussyndroom bij vleermuizen
  9. Leef snel, sterf jong:signaaldetectietheorie bijwerken

Wetenschap