Axion Dunkle Materie kann sich in hochfrequente elektromagnetische Strahlung umwandeln, wenn sie den starken Magnetfeldern, die sich um Neutronensterne drehen, zu nahe kommt - und somit für hochpräzise astronomische Instrumente nachweisbar sein, gemäß a aktuelle Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Physical Review Letters .
Mit anderen Worten, Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Überwachung und Bestätigung der Existenz dunkler Materie entwickelt. Obwohl sie diese nicht sofort gefunden haben, ist die Suche noch lange nicht abgeschlossen.
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Wissenschaftler testeten neue Methode zur Erkennung dunkler Materie
In diesem Fall wäre das Funksignal als ultra-schmaler Spektralpeak erkennbar - bei einer Frequenz, die von der Masse des dahinter liegenden Axion-Partikels der dunklen Materie abhängt und möglicherweise mit hochpräzisen astronomischen Instrumenten beobachtet werden kann.
Forscher der University of Illinois in Urbana-Champaign, der University of Michigan und anderer Institute weltweit haben eine Suche nach Spuren dieser Umwandlung von Axion-Dunkler Materie durchgeführt - unter Verwendung von Daten, die mithilfe von zwei leistungsstarken Teleskopen gesammelt wurden: dem Effelsberg-Teleskop,und das Green Bank Telescope GBT.
Die Studie der Forscher folgte früheren Bemühungen zusammen mit theoretischen Vorhersagen, von denen die letzte in a zitiert wurde. Papier 2018 .
'Etwas Skepsis' für neue Methoden zur Erkennung dunkler Materie
"Die Idee, die in unserer früheren Arbeit vorgeschlagen und in vielen nachfolgenden Veröffentlichungen aus der ganzen Gemeinschaft konkretisiert wurde, ist, dass sich die dunkle Materie des Axions in den starken Magnetfeldern, die Neutronensterne umgeben, in schmalbandige Funkemission umwandeln kann." sagte einer der an der Studie beteiligten Forscher Benjamin R. Safdi an Phys.org. "Diese älteren Arbeiten sind jedoch rein theoretisch und beinhalten Spekulationen darüber, wie ein Signal bei verrauschten realen Teleskopdaten tatsächlich gefunden werden könnte. "
"Verständlicherweise gibt es einige Skepsis hinsichtlich der Durchführbarkeit einer solchen Suche", erklärte Safdi Phys.org.
Erkennung als 'Überleistung in einem Frequenzkanal' erwartet
Um ihre Suche zu beginnen, sammelten Safdi und seine Kollegen eine große Anzahl relevanter Daten, die ursprünglich über Radioteleskope gesammelt wurden. Dies wurde mit dem Effelsberg-Radioteleskop und dem GBT durchgeführt - zwei der größten Radioteleskope der Welt mit Sitz in Ahr Hills Deutschland bzw. West Virginia.
Die Forscher richteten die Teleskope auf ein Plenum von Zielen in der Milchstraße sowie auf andere nahe gelegene Galaxien. Einige beobachteten Neutronensterne sind nicht sehr weit von der Sonne entfernt, während andere in Gebieten mit vielen Neutronensternen in der Nähe des Zentrums der Galaxie bestehen bleiben.
Das Team zeichnete dann die Leistung auf, die das Teleskop über ein Spektrum verschiedener Frequenzen hinweg überwachte. Signale, die mit der Umwandlung der dunklen Materie des Axions verbunden sind, würden gemäß ihrer Theorie eine überschüssige Leistung in einem einzelnen Frequenzkanal erzeugen.
Gewünschtes 'Signal' ertrinkt oft in erdgebundenem Funkrauschen
"Wir haben dann neuartige und ausgefeilte Datenerfassungs- und Analysetechniken entwickelt und implementiert, um ein mutmaßliches Axionsignal von verwirrenden Hintergründen zu trennen", sagte Safdi. "Unsere Suche ähnelt der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen imspüren, dass wir Strom über Millionen verschiedener 'Frequenzkanäle' sammeln, aber es wird erwartet, dass das Axion nur in einem dieser Kanäle überschüssige Leistung beisteuert, und wir wissen derzeit nicht, welcher. "
Eine der Herausforderungen, denen sich das Team bei der Suche nach Signaturen für die Umwandlung von Axion-Dunkler Materie über Radioteleskopdaten gegenübersah, ist die Möglichkeit irreführender Signale. Terrestrisches Hintergrundrauschen - von Mikrowellenherden, Funkkommunikation und anderen erdgebundenen Geräten - sowie Signale vonandere astrophysikalische Phänomene könnten als Signale falsch charakterisiert sein, die mit der Umwandlung der dunklen Materie des Axions in den Magnetosphären von Neutronensternen zusammenhängen
'Kein Hinweis' auf dunkle Axion-Materie in den Daten, diesmal
Um diese mögliche Gefahr zu vermeiden, verwendeten Safdi und seine Kollegen verschiedene Strategien. Zum Beispiel sollten reale Umwandlungssignale für dunkle Materie von Axion nur in der Region unter Beobachtung des Teleskops überwacht werden, wenn das Forscherteam dies vermutet. erdgebundene Signale möglicherweise "auftaucht" das betreffende beobachtete Gebiet, das Team hat das Teleskop schnell und kontinuierlich von "Off Source" auf "On Source" umgestellt - ohne es von leeren Himmelsflecken wegzuziehen.
"Wir haben auch ausgefeilte Datenanalysetechniken implementiert, um die Eigenschaften des Hintergrunds aus den Daten selbst zu filtern und zu" lernen "", sagte Safdi. "Durch die Kombination all dieser Techniken konnten wir Daten sammeln und analysieren und schlüssig abschließen, dass die Daten keine Hinweise auf Axionen enthalten ", fügte er hinzu.
Wenn Sie größere Größen wählen, kann die Empfindlichkeit die Suche nach dunkler Materie verbessern.
"Dies war eine nicht triviale Aufgabe, aber dies bedeutet, dass wir jetzt ein Beobachtungs- und Analyserahmenwerk entwickelt und demonstriert haben, das in zukünftigen Studien verwendet werden kann. Dies ist für mich die Hauptbedeutung des Papiers", sagte Safdi.
Während das unerschrockene Team "keine Freude" bei der Suche nach indirekten Beweisen fand Axion Dunkle Materie Bekehrung - bei der Verfolgung dieses Ziels wurden sie kreativ genug, um ein neues Mittel zu erfinden, um einen der "heiligen Grale" von zu entdecken. Physik eine, die sie in größerem Ausmaß und mit größerer Empfindlichkeit verwenden möchten. Mit etwas Glück könnten sie sie sogar finden.