Ciemna materia, powszechnie znana jako najbardziej tajemnicze rzeczy wszechświata, jest rzadsza na ziemi niż złoto – i to pomimo faktu, że ciemna materia przeważa nad „zwykłej materii” według oszałamiającego stosunku pięciu do jednego.
Odkrycie nastąpiło dzięki uprzejmości naukowców, którzy zaproponują nowatorski sposób mapowania ciemnej materii za pomocą „chwiejności” Droga Mleczna. Ten chwiejność wynika z wpływu galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej, jak Duża chmura magelllan (LMC) i szybko obracający Gwiazdy neutronoweLub “pulsary„Fascynująco, pulsary działają jak„ kosmiczne latarnie morskie ”w kosmosie, zamiatając wiązki światła na rozległych odległościach.
Poprzednie prace zespołu w rzeczywistości wykorzystywały te ekstremalne gwiazdy, gdy orbitują gwiezdne towarzyszy w systemach zwanych ”pulsary binarne,” Jak ciemna materia sondy. Nowe badania naukowców sugerują jednak, że w takim badaniu można również wykorzystać samotne pulsarki.
„Kiedy po raz pierwszy rozpoczęliśmy tę pracę w 2021 r. I w zeszłym roku dokonano dalszej publikacji, nasza próbka składała się z par milisekundowych pulsarów-binarnych milisekundowych pulsarów”, Sukanya Chakrabarti z University of Alabama w Huntsville (UAH) powiedział w oświadczeniu. „Jednak większość pulsarów nie ma par. Większość z nich jest samotna. W tej nowej pracy pokazujemy, jak skutecznie podwoić liczbę pulsarów, których możemy użyć do ograniczenia ciemnej materii w galaktyce poprzez rygorystyczne użycie samotnych pulsarów do pomiaru przyspieszeń galaktycznych”.
Przez “ograniczenie ciemnej materii„Chakrabarti oznacza ograniczenie możliwych właściwości i cech ciemnej materii.
W miarę gromadzenia większej liczby danych gwiazd neutronowych pomiar przyspieszenia grawitacji pulsarów binarnych i ich pojedynczych odpowiedników może świecić światłem na polu grawitacyjnym Drogi Mlecznej, a zatem kształt i rozkład ciemnej materii w naszej galaktyce.
„Ponieważ jest to większa próbka, mamy teraz przełom”, powiedział Chakrabarti. „Jesteśmy w stanie zmierzyć lokalną gęstość ciemnej materii za pomocą bezpośrednich pomiarów przyspieszenia po raz pierwszy”.
Zespół stwierdził, że jest mniej niż 2,2 funta (1 kilogram) ciemnej materii w objętości równoważnej z całej ziemi.
„Jeśli porównasz to z milionami kilogramów złota wytwarzanych każdego roku-widać, że funt za funty ciemna materia jest cenniejsza niż złoto!” Powiedział Chakrabarti.
Dark Matter Glue i chwiejne galaktyki
Ciemna materia, która stanowi około 85% całkowitej materii we wszechświecie, była dla naukowców w pewnym sensie problematycznym zjawiskiem, ponieważ nie oddziałuje na światło – lub, jeśli tak, interakcja ta jest zbyt słaba, aby można ją było wykryć z obecną technologią.
To mówi badaczom, że ciemna materia nie może być wykonana z atomów, takich jak codzienna materia, ponieważ cząstki zawierające atomy – elektronyW protons, I neutrony – Współpracuj ze światłem.
Jedynym sposobem, w jaki możemy wiedzieć, czy w ogóle istnieje ciemna materia, jest jego interakcja z grawitacją i wpływ, jaki ta interakcja wywiera na materię światła i codzienną. W rzeczywistości ten wpływ jest kluczowy.
Gdyby galaktyki nie były pełne niewidzialnej mrocznej materii, wpływ grawitacyjny ich „codziennej materii” – gwiazd, planet, chmur pyłu i tak dalej – nie wystarczyłby, aby zapobiec leciom podczas wirowania.
Uważa się, że galaktyczna zawartość ciemnej materii jest mocno skoncentrowana w centrach galaktyk, ale uważa się, że substancja rozciąga się również na tworzenie sferycznej skorupy, która wykracza daleko poza granice widzialnej materii galaktyki.
To wyjaśnia, w jaki sposób ciemna materia może być mniej powszechna w przeciętnej sferze wokół wielkości ziemi niż złoto jest tutaj na naszej planecie – ale nadal znacznie przewyższa atomy wszystkich typów. Przestrzeń jest ogromna, a ciemna materia jest o wiele bardziej rozłożona na wszechświecie niż złoto lub inne elementy.
Chakrabarti wyjaśniła, że w swojej wcześniejszej pracy korzystała z symulacji komputerowych, aby pokazać, że w miarę wchodzenia w interakcje z nią Mleczna droga Galaktyki satelitarnegwiazdy w naszej galaktyce odczuwają zupełnie inną holownik od grawitacji w zależności od tego, czy gwiazdy znajdują się powyżej czy poniżej tak zwanego „dysku galaktycznego”.
Na przykład LMC jest jednym z większych satelitów galaktycznych galaktycznych Drogi Mlecznej. Gdy krąży nasza własna galaktyka i przechodzi blisko Drogi Mlecznej, może przyciągnąć część masy na galaktycznym dysku Mlecznym, co prowadzi do krzywej galaktyki o większej masie z jednej strony. W rezultacie Chakrabarti powiedział, że grawitacja jest silniej odczuwacza po jednej stronie Drogi Mlecznej.
„To prawie tak, jakby galaktyka chwieje się – jakby chodził maluch, jeszcze nie do końca zrównoważony”, kontynuowała. „Tak więc ta asymetria lub nieproporcjonalny efekt w przyspieszeniach pulsarowych wynikających z zysków z pulsar pociągnięcie LMC jest czymś, czego spodziewaliśmy się zobaczyć.
„Tutaj, w przypadku większej próbki przyspieszeń pulsar, faktycznie jesteśmy w stanie zmierzyć ten efekt po raz pierwszy”.
Kosmiczne latarnie morskie
Pulsarki, podobnie jak wszystkie gwiazdy neutronowe, rodzą się, gdy gwiazdy co najmniej osiem razy więcej niż masywne Słońce Zabrakło podaży paliwa potrzebnego do fuzji jądrowej i nie mogą już podtrzymywać się przed wewnętrznym dążeniem własnej grawitacji.
Gdy rdzenie tych gwiazd mija, zewnętrzne warstwy gwiazd i większość ich mas są wysadzone w ogromne supernowe z kołysaniem rdzenia.
To pozostawia gwiezdną resztę z jedną a dwa razy większą masą słońca skondensowaną w szerokości około 12 mil (20 kilometrów). Oznacza to, że gwiazdy neutronowe składają się z najsilniejszej materii w znanym wszechświecie.
Jeśli łyżeczka materii neutronowej została zgarnięta i przyprowadzona na ziemię, w kontekście, waży 10 milionów ton. Jest to równoważne układaniu 85 000 niebieskich wielorybów na łyżeczkę.
Szybkie zmniejszenie wielkości rdzeni masywnych gwiazd ma inną konsekwencję: przyspiesza gwiazdę neutronów do szybkości rotacji, która może osiągnąć 700 obrotów na sekundę. Pomyśl o tym jak o kosmicznym odpowiedniku lodowego sklatka w ich ramionach, aby zwiększyć ich szybkość spinu.
Na szczęście dla naukowców ten szybki spin i jego precyzyjna częstotliwość sprawiają, że Pulsars doskonałe mechanizmy czasowe.
Pulsary i inne młode gwiazdy neutronów są również godne uwagi dla posiadania niektórych z Najsilniejsze pola magnetyczne W znanym wszechświecie.
„Niesamowicie silne pole magnetyczne pulsarów skręci się i zwinęło w sobie jako pulsar, co prowadzi do rodzaju tarcia, takiego jak wcieranie rąk” – powiedział członek zespołu i zastępca UAH Tom Donlon w oświadczeniu. „Pulsars emitują również cząstki przy bardzo dużych prędkościach, co promieniuje energią. Te efekty [known as magnetic braking] prowadzić do obracania pulsaru wolniej w miarę upływu czasu. ”
Pole magnetyczne pulsara oddaje wyrzucone cząstki, a następnie odsuwa je w miarę obracania się gwiazdy neutronów. Te cząstki, rozpraszające się jako “gwiezdny wiatr„Wykorzystaj również pęd kątowy, spowalniając spin pulsaru lub powodując, że obrócił się. Proces spinowy jest kluczowy w badaniach zespołu.
„Z powodu tego spinu byliśmy początkowo zmuszeni używać tylko pulsarów w układach binarnych do obliczania przyspieszeń, ponieważ na orbitach nie mają wpływu hamowanie magnetyczne” – powiedział Donlon. „Za pomocą naszej nowej techniki jesteśmy w stanie oszacować ilość hamowania magnetycznego z dużą dokładnością, co pozwala nam również używać poszczególnych pulsarów w celu uzyskania przyspieszenia”.
Korzystając z tej techniki i nadmiernych danych, które dostarcza, naukowcy powinni być w stanie lepiej określić, w jaki sposób ciemna materia jest dystrybuowana za pośrednictwem naszej galaktyki w miarę gromadzenia większej liczby danych.
„Zasadniczo te nowe techniki umożliwiają teraz pomiary bardzo małych przyspieszeń, które wynikają z przyciągania ciemnej materii w galaktyce” – powiedział Chakrabarti. „W społeczności astronomii byliśmy w stanie zmierzyć duże przyspieszenia wyprodukowane przez Czarne dziury Od pewnego czasu wokół widocznych gwiazd i gwiazd w pobliżu centrum galaktycznego.
„Możemy teraz wyjść poza pomiar dużych przyspieszeń do pomiarów drobnych przyspieszeń na poziomie około 10 centymetrów na sekundę każdej dekady, 10 centymetrów na sekundę to prędkość pełzającego dziecka”.
Badania zespołu są dostępne jako artykuł z recenzowaną przedsiębiorstwem na stronie repozytorium papierowego arxiv.
