విశ్వం యొక్క డార్క్ మ్యాటర్ కోసం అన్వేషణ రేపటితో ముగియవచ్చు — సమీపంలోని సూపర్నోవా మరియు కొంచెం అదృష్టం అందించబడింది.
విశ్వంలోని 85% పదార్థం మన టెలిస్కోప్‌ల ద్వారా కనిపించదని గ్రహించినప్పటి నుండి కృష్ణ పదార్థం యొక్క స్వభావం 90 సంవత్సరాలుగా ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలకు దూరంగా ఉంది. ఈ రోజు ఎక్కువగా కనిపించే డార్క్ మ్యాటర్ క్యాండిడేట్ అక్షం, ప్రపంచవ్యాప్తంగా పరిశోధకులు కనుగొనడానికి తీవ్రంగా ప్రయత్నిస్తున్న తేలికపాటి కణం.
బర్కిలీలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలోని ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పుడు సమీపంలోని సూపర్నోవా పేలుడు నుండి గామా కిరణాలను గుర్తించిన కొన్ని సెకన్లలో ఆక్సియన్‌ను కనుగొనవచ్చని వాదించారు. అక్షాలు, అవి ఉనికిలో ఉంటే, ఒక భారీ నక్షత్రం న్యూట్రాన్ నక్షత్రంగా కూలిపోయిన తర్వాత మొదటి 10 సెకన్లలో విస్తారమైన పరిమాణంలో ఉత్పత్తి అవుతాయి మరియు ఆ అక్షాలు తప్పించుకుని, నక్షత్రం యొక్క తీవ్రమైన అయస్కాంత క్షేత్రంలో అధిక-శక్తి గామా కిరణాలుగా రూపాంతరం చెందుతాయి. .
కక్ష్యలో ఉన్న ఒంటరి గామా-రే టెలిస్కోప్, ఫెర్మీ గామా-రే స్పేస్ టెలిస్కోప్, సూపర్నోవా పేలిపోయే సమయంలో దాని దిశలో ఉంటేనే అటువంటి గుర్తింపు నేడు సాధ్యమవుతుంది. టెలిస్కోప్ యొక్క వీక్షణ క్షేత్రాన్ని బట్టి, అది 10లో ఒక అవకాశం.
అయినప్పటికీ, గామా కిరణాలను ఒక్కసారిగా గుర్తించడం వలన అక్షం యొక్క ద్రవ్యరాశిని, ప్రత్యేకించి QCD అక్షం అని పిలవబడేది, సైద్ధాంతిక ద్రవ్యరాశి యొక్క భారీ శ్రేణిలో, ఇప్పుడు భూమిపై ప్రయోగాలలో పరిశీలించబడుతున్న ద్రవ్యరాశి శ్రేణులతో సహా. ఏదేమైనప్పటికీ, గుర్తించబడకపోవడం వలన అక్షానికి సంబంధించిన సంభావ్య మాస్‌ల యొక్క పెద్ద పరిధిని తొలగిస్తుంది మరియు ప్రస్తుత డార్క్ మ్యాటర్ శోధనలను అసంబద్ధం చేస్తుంది.
సమస్య ఏమిటంటే, గామా కిరణాలు గుర్తించగలిగేంత ప్రకాశవంతంగా ఉండాలంటే, సూపర్నోవా సమీపంలో ఉండాలి — మన పాలపుంత గెలాక్సీలో లేదా దాని ఉపగ్రహ గెలాక్సీలలో ఒకటి — మరియు సమీపంలోని నక్షత్రాలు ప్రతి కొన్ని దశాబ్దాల సగటున మాత్రమే పేలుతాయి. సమీపంలోని చివరి సూపర్నోవా 1987లో పాలపుంత ఉపగ్రహాలలో ఒకటైన లార్జ్ మెగెల్లానిక్ క్లౌడ్‌లో ఉంది. ఆ సమయంలో, ఇప్పుడు పనికిరాని గామా-రే టెలిస్కోప్, సోలార్ మాగ్జిమమ్ మిషన్, సూపర్నోవా దిశలో చూపుతోంది, అయితే UC బర్కిలీ బృందం యొక్క విశ్లేషణ ప్రకారం, గామా కిరణాల యొక్క అంచనా తీవ్రతను గుర్తించగలిగేంత సున్నితంగా లేదు. .
“ఆధునిక గామా-రే టెలిస్కోప్‌తో సూపర్నోవా 1987A వంటి సూపర్నోవాను మనం చూడగలిగితే, మేము ఈ QCD అక్షాన్ని, ఈ అత్యంత ఆసక్తికరమైన అక్షాన్ని, దాని పారామితి స్థలంలో — ముఖ్యంగా మొత్తంగా గుర్తించగలము లేదా తోసిపుచ్చగలము. ప్రయోగశాలలో పరిశోధించలేని పారామీటర్ స్థలం మరియు ప్రయోగశాలలో చాలా పారామీటర్ స్థలం కూడా పరిశోధించబడుతుంది” అని UC బెంజమిన్ సఫ్డి అన్నారు. బర్కిలీ అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ ఆఫ్ ఫిజిక్స్ మరియు జర్నల్‌లో నవంబరు 19న ఆన్‌లైన్‌లో ప్రచురించబడిన పేపర్ యొక్క సీనియర్ రచయిత భౌతిక సమీక్ష లేఖలు. “మరియు ఇదంతా 10 సెకన్లలోపు జరుగుతుంది.”
పరిశోధకులు ఆత్రుతగా ఉన్నారు, అయితే, సమీప విశ్వంలో దీర్ఘకాలంగా ఉన్న సూపర్నోవా పాప్ ఆఫ్ అయినప్పుడు, అక్షాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన గామా కిరణాలను చూడటానికి మేము సిద్ధంగా లేము. శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పుడు గామా-రే టెలిస్కోప్‌లను నిర్మించే సహోద్యోగులతో మాట్లాడుతున్నారు, అటువంటి టెలిస్కోప్‌ల యొక్క ఒకటి లేదా విమానాల సమూహాన్ని 24/7 ఆకాశంలో 100% కవర్ చేయడానికి మరియు ఏదైనా గామా-రే పేలుడును పట్టుకోవడంలో సాధ్యాసాధ్యాలను నిర్ధారించడానికి. వారు తమ పూర్తి-ఆకాశ గామా-రే ఉపగ్రహ కూటమికి ఒక పేరును కూడా ప్రతిపాదించారు — సూపర్నోవా లేదా GALAXIS కొరకు GALactic AXion ఇన్స్ట్రుమెంట్.
“ఈ పేపర్‌లో మనమందరం సరైన ఇన్‌స్ట్రుమెంటేషన్‌ను కలిగి ఉండకముందే తదుపరి సూపర్నోవా గురించి ఒత్తిడికి గురవుతున్నామని నేను భావిస్తున్నాను” అని సఫ్దీ చెప్పారు. “రేపు ఒక సూపర్నోవా ఆఫ్‌కి వెళ్లి, ఆక్సిషన్‌ను గుర్తించే అవకాశాన్ని కోల్పోయినట్లయితే అది నిజంగా అవమానకరం — అది మరో 50 సంవత్సరాల వరకు తిరిగి రాకపోవచ్చు.”
సఫ్దీ సహ రచయితలు గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి యుజిన్ పార్క్ మరియు పోస్ట్‌డాక్టోరల్ సభ్యులు క్లాడియో ఆండ్రియా మంజారి మరియు ఇన్‌బార్ సవోరే. నలుగురూ UC బర్కిలీ యొక్క భౌతిక శాస్త్ర విభాగం మరియు లారెన్స్ బర్కిలీ నేషనల్ లాబొరేటరీలోని థియరిటికల్ ఫిజిక్స్ గ్రూప్‌లో సభ్యులు.
QCD అక్షాలు
డార్క్ మేటర్ కోసం శోధనలు మా గెలాక్సీ మరియు కాస్మోస్ అంతటా సిద్ధాంతపరంగా చల్లబడిన మందమైన, మాసివ్ కాంపాక్ట్ హాలో ఆబ్జెక్ట్స్ (MACHOs) పై దృష్టి సారించాయి, కానీ అవి కార్యరూపం దాల్చనప్పుడు, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు సిద్ధాంతపరంగా మన చుట్టూ ఉన్న మరియు గుర్తించదగిన ప్రాథమిక కణాల కోసం వెతకడం ప్రారంభించారు. భూమి-బౌండ్ ల్యాబ్‌లలో. ఈ బలహీనంగా సంకర్షణ చెందుతున్న మాసివ్ పార్టికల్స్ (WIMPలు) కూడా కనిపించడంలో విఫలమయ్యాయి. డార్క్ మేటర్ కోసం ప్రస్తుత ఉత్తమ అభ్యర్థి అక్షం, ఇది భౌతిక శాస్త్రం యొక్క ప్రామాణిక నమూనాలో చక్కగా సరిపోయే కణం మరియు కణ భౌతిక శాస్త్రంలో అనేక ఇతర అత్యుత్తమ పజిల్‌లను పరిష్కరిస్తుంది. విశ్వం యొక్క అంతర్లీన జ్యామితి గురించిన పరికల్పన అయిన స్ట్రింగ్ థియరీ నుండి అక్షాంశాలు కూడా చక్కగా పడిపోతాయి మరియు గురుత్వాకర్షణను ఏకీకృతం చేయగలవు, ఇది అనంతమైన వాటిని వివరించే క్వాంటం మెకానిక్స్ సిద్ధాంతంతో విశ్వ ప్రమాణాలపై పరస్పర చర్యలను వివరిస్తుంది.
“అక్షాంశం వంటి కణాలు లేని క్వాంటం మెకానిక్స్‌తో కలిపి స్థిరమైన గురుత్వాకర్షణ సిద్ధాంతాన్ని కలిగి ఉండటం దాదాపు అసాధ్యం అనిపిస్తుంది” అని సఫ్ది చెప్పారు.
QCD అక్షాంశం అని పిలువబడే ఒక అక్షానికి బలమైన అభ్యర్థి — బలమైన శక్తి, క్వాంటం క్రోమోడైనమిక్స్ యొక్క ప్రబలమైన సిద్ధాంతం పేరు పెట్టబడింది — సైద్ధాంతికంగా బలహీనంగా ఉన్నప్పటికీ, ప్రకృతిలోని నాలుగు శక్తుల ద్వారా అన్ని పదార్థాలతో సంకర్షణ చెందుతుంది: గురుత్వాకర్షణ, విద్యుదయస్కాంతత్వం, బలమైన శక్తి. , పరమాణువులను కలిపి ఉంచే బలహీన శక్తి, పరమాణువుల విచ్ఛిన్నతను వివరిస్తుంది. ఒక పరిణామం ఏమిటంటే, బలమైన అయస్కాంత క్షేత్రంలో, ఒక అక్షం అప్పుడప్పుడు విద్యుదయస్కాంత తరంగం లేదా ఫోటాన్‌గా మారుతుంది. గురుత్వాకర్షణ మరియు బలహీనమైన శక్తి ద్వారా మాత్రమే సంకర్షణ చెందే మరియు విద్యుదయస్కాంత శక్తిని పూర్తిగా విస్మరించే న్యూట్రినో అనే తేలికైన, బలహీనంగా సంకర్షణ చెందే కణం నుండి అక్షం విభిన్నంగా ఉంటుంది.
ల్యాబ్ బెంచ్ ప్రయోగాలు — ALPHA కన్సార్టియం (Axion Longitudinal Plasma HAloscope), DMradio మరియు ABRACADABRA వంటివి, వీటిలో అన్ని UC బర్కిలీ పరిశోధకులను కలిగి ఉంటాయి — ఒక ట్యూనింగ్ ఫోర్క్ వంటి, మందమైన విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ప్రతిధ్వనించే మరియు విస్తరించే కాంపాక్ట్ కావిటీలను ఉపయోగిస్తాయి. తక్కువ ద్రవ్యరాశి అక్షం సమక్షంలో రూపాంతరం చెందినప్పుడు ఉత్పత్తి అవుతుంది బలమైన అయస్కాంత క్షేత్రం.
ప్రత్యామ్నాయంగా, ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు 1987A వంటి కోర్-కోలాప్స్ సూపర్నోవా తర్వాత వెంటనే న్యూట్రాన్ నక్షత్రాల లోపల ఉత్పత్తి చేయబడిన అక్షాల కోసం వెతకాలని ప్రతిపాదించారు. అయినప్పటికీ, ఇప్పటి వరకు, వారు ప్రధానంగా గెలాక్సీల అయస్కాంత క్షేత్రాలలో ఫోటాన్‌లుగా ఈ అక్షాల నుండి నెమ్మదిగా పరివర్తన చెందడం నుండి గామా కిరణాలను గుర్తించడంపై దృష్టి పెట్టారు. సఫ్దీ మరియు అతని సహచరులు గామా కిరణాలను ఉత్పత్తి చేయడంలో ఆ ప్రక్రియ చాలా సమర్ధవంతంగా లేదని లేదా కనీసం భూమి నుండి గుర్తించడానికి సరిపోదని గ్రహించారు.
బదులుగా, వారు అక్షాలను ఉత్పత్తి చేసే నక్షత్రం చుట్టూ ఉన్న బలమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలలో అక్షాల ద్వారా గామా కిరణాల ఉత్పత్తిని అన్వేషించారు. ఆ ప్రక్రియ, సూపర్కంప్యూటర్ అనుకరణలు చూపించాయి, అక్షం యొక్క ద్రవ్యరాశిపై ఆధారపడిన గామా కిరణాల పేలుడును చాలా సమర్ధవంతంగా సృష్టిస్తుంది మరియు వేడి న్యూట్రాన్ నక్షత్రం లోపల నుండి న్యూట్రినోల పేలుడుతో ఏకకాలంలో పేలుడు సంభవించాలి. అయితే, ఆ అక్షాల విస్ఫోటనం, న్యూట్రాన్ నక్షత్రం ఏర్పడిన తర్వాత కేవలం 10 సెకన్ల వరకు ఉంటుంది — ఆ తర్వాత, ఉత్పత్తి రేటు నాటకీయంగా పడిపోతుంది – అయితే నక్షత్రం యొక్క బయటి పొరలు పేలడానికి గంటల ముందు.
“ఇది నిజంగా న్యూట్రాన్ నక్షత్రాల గురించి అక్షాంశాల కోసం ఆక్షన్ లాబొరేటరీలుగా శోధించడానికి సరైన లక్ష్యాలుగా ఆలోచించేలా చేసింది” అని సఫ్ది చెప్పారు. “న్యూట్రాన్ నక్షత్రాలు వాటి కోసం చాలా విషయాలు ఉన్నాయి. అవి చాలా వేడి వస్తువులు. అవి చాలా బలమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలను కూడా కలిగి ఉంటాయి. మన విశ్వంలో బలమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలు మాగ్నెటార్స్ వంటి న్యూట్రాన్ నక్షత్రాల చుట్టూ ఉన్నాయి, ఇవి అయస్కాంత క్షేత్రాలను కలిగి ఉంటాయి. ప్రయోగశాలలో మనం నిర్మించగలిగే దానికంటే చాలా రెట్లు బలంగా ఉంటుంది, ఇది ఈ అక్షాలను పరిశీలించదగిన సంకేతాలుగా మార్చడంలో సహాయపడుతుంది.”
రెండు సంవత్సరాల క్రితం, సఫ్ది మరియు అతని సహచరులు QCD అక్షం యొక్క ద్రవ్యరాశిపై 16 మిలియన్ ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్‌ల వద్ద లేదా ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశి కంటే 32 రెట్లు తక్కువ గరిష్ట పరిమితిని ఉంచారు. ఇది న్యూట్రాన్ నక్షత్రాల శీతలీకరణ రేటుపై ఆధారపడింది, ఈ వేడి, కాంపాక్ట్ బాడీలలో న్యూట్రినోలతో పాటు అక్షాంశాలు ఉత్పత్తి చేయబడితే వేగంగా చల్లబడుతుంది.
ప్రస్తుత పేపర్‌లో, UC బర్కిలీ బృందం న్యూట్రాన్ స్టార్‌కు కోర్ కుప్పకూలిన తర్వాత గామా కిరణాల ఉత్పత్తిని వివరించడమే కాకుండా, 1987A సూపర్నోవా నుండి గామా కిరణాలను గుర్తించకపోవడాన్ని కూడా ఉపయోగిస్తుంది, ఇది యాక్సియన్ ద్రవ్యరాశిపై ఇంకా ఉత్తమమైన పరిమితులను ఉంచుతుంది. -వంటి కణాలు, QCD అక్షాల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి, అవి బలమైన శక్తి ద్వారా సంకర్షణ చెందవు.
50 మైక్రోఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్‌లు (మైక్రో-eV, లేదా μeV) కంటే ఎక్కువ లేదా ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశిలో 10-బిలియన్‌ వంతు ఉంటే, QCD అక్షసంబంధ ద్రవ్యరాశిని గుర్తించడానికి గామా రే డిటెక్షన్ అనుమతించగలదని వారు అంచనా వేస్తున్నారు. అక్షం యొక్క ద్రవ్యరాశిని నిర్ధారించడానికి ఒకే గుర్తింపు ఇప్పటికే ఉన్న ప్రయోగాలను తిరిగి కేంద్రీకరిస్తుంది, సఫ్ది చెప్పారు. సమీపంలోని సూపర్నోవా నుండి గామా కిరణాలను గుర్తించడానికి అంకితమైన గామా-రే టెలిస్కోప్‌ల సముదాయం ఉత్తమ ఎంపిక అయితే, ఫెర్మీతో అదృష్ట విరామం మరింత మెరుగ్గా ఉంటుంది.
“అక్ష్యాలకు ఉత్తమమైన సందర్భం ఫెర్మి ఒక సూపర్నోవాను పట్టుకోవడం. అది వచ్చే అవకాశం చాలా తక్కువ” అని సఫ్ది చెప్పారు. “కానీ ఫెర్మీ దానిని చూసినట్లయితే, మేము దాని ద్రవ్యరాశిని కొలవగలుగుతాము. మేము దాని పరస్పర చర్య శక్తిని కొలవగలుగుతాము. అక్షాంశం గురించి మనం తెలుసుకోవలసిన ప్రతిదాన్ని మేము గుర్తించగలుగుతాము మరియు మేము నమ్మశక్యం కాని విధంగా ఉంటాము. సిగ్నల్‌పై నమ్మకం ఉంది ఎందుకంటే అలాంటి సంఘటనను సృష్టించగల సాధారణ విషయం ఏదీ లేదు.”
ఈ పరిశోధనకు US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ నుండి నిధులు అందించబడ్డాయి.
