研究人员寻找离家很近的暗物质

时间:2020-04-06 18:41 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

研究人员寻找离家很近的暗物质

宇宙的85%是由暗物质组成的,但我们不知道它到底是什么。

密歇根大学、劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的一项新研究已经排除了暗物质对先前从邻近星系观测到的神秘电磁信号的影响。在这项工作之前,人们曾寄希望于这些信号能给物理学家提供有力的证据来帮助他们识别暗物质。

暗物质不能被直接观察到,因为它不吸收、反射或发射光,但研究人员知道它的存在,因为它对其他物质有影响。例如,我们需要暗物质来解释使星系聚集在一起的引力。

物理学家认为暗物质是中微子的近亲,被称为不育中微子。中微子是一种不带电荷的亚原子粒子,很少与物质发生相互作用。它们的质量很小,但是这个质量不能用粒子物理的标准模型来解释。物理学家认为无菌中微子,一种假设的粒子,可以解释这种质量,同时也是暗物质。

研究人员应该能够探测到无菌中微子,因为它是不稳定的。它衰变为普通的中微子和电磁辐射。为了探测暗物质,物理学家们扫描星系,寻找这种以x射线辐射形式存在的电磁辐射。

2014年,一项开创性的工作发现了附近星系和星系团的过量x射线辐射。Safdi说,发射的中微子似乎与衰变的无菌中微子暗物质一致。

现在,一项由xmm -牛顿空间x射线望远镜在20年的时间里对银河系中物体的原始数据进行的元分析发现,没有证据表明无菌中微子是暗物质的组成部分。研究团队包括密歇根大学博士生克里斯托弗·瓦迪和伯克利实验室理论小组和伯克利理论物理中心的物理学家尼古拉斯·罗德。他们的研究结果发表在《科学》杂志上。

萨夫迪说:“2014年的论文和后续工作证实,该信号在天体物理学和粒子物理学领域引起了极大的兴趣,因为有可能在微观层面上首次准确地知道暗物质是什么。”“我们的发现并不意味着暗物质不是一个无菌中微子,但它意味着——与2014年的声明相反——迄今没有实验证据表明它的存在。”

基于太空的x射线望远镜,如xmm -牛顿望远镜,瞄准富含暗物质的环境,以x射线信号的形式寻找这种微弱的电磁辐射。2014年的发现将x射线发射命名为“3.5 keV线”——keV代表基洛电子伏特——因为信号出现在x射线探测器上。

研究小组利用xmm -牛顿空间x射线望远镜20年的存档数据,在我们自己的银河系中寻找这条线。物理学家们知道暗物质会聚集在星系周围,所以当先前的分析着眼于附近的星系和星系团时,每一幅图像都会捕捉到银河系暗物质晕的一些列。

研究小组用这些图像来观察银河系“最黑暗”的部分。Safdi说,这大大提高了先前寻找无菌中微子暗物质的分析的灵敏度。

伯克利实验室的Rodd说:“我们看到的每一个地方,都应该有一些来自银河系光晕的暗物质通量。”这是因为我们的太阳系在银河系中的位置。在研究中,“我们利用了我们生活在暗物质光环中的事实”。

克里斯托弗甜点,一位研究的合著者是一个物理研究员和博士生在密歇根大学,说星系团3.5 keV线也被观察到有大背景信号,在观察和可以作为噪声很难确定具体的信号,可能与暗物质。

Dessert说:“我们之所以要观测银河系的暗物质晕,是因为它的背景要低得多。”

例如,xmm -牛顿已经拍摄了一些孤立物体的图像,比如银河系中的个别恒星。研究人员拍下了这些图像,并掩盖了最初感兴趣的对象,留下了原始和黑暗的环境,在其中寻找暗物质衰变的辉光。经过20年的观测,无菌中微子暗物质的探测达到了前所未有的水平。

如果不育中微子是暗物质,如果它们的衰变导致了3.5 keV线的发射,萨夫迪和他的同事们在分析中应该观察到这条线。但是他们没有发现无菌中微子暗物质存在的证据。

“虽然这项工作,不幸的是,泼冷水什么看起来像什么可能是第一次证明暗物质的微观本质,它打开一个全新的方法来寻找暗物质的发现可能导致在不久的将来,“Safdi说。

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