Новости космоса и технологий. » Физика » Использование нейтронных звезд для обнаружения темной материи

Использование нейтронных звезд для обнаружения темной материи

Опубликовал: Admin, 27-10-2021, 23:15, Физика, 6, 0

Использование нейтронных звезд для обнаружения темной материи

Стремление раскрыть природу темной материи - одна из величайших задач современной науки, но ключ к окончательному пониманию этой загадочной субстанции вполне может быть в звездах.

Или, если быть точным, один особый тип звезд - нейтрон звезда.

Пока что ученым удалось сделать вывод о существовании темного дело , но не наблюдать это напрямую. Собственно обнаружение частицы темной материи в экспериментах на Земле это сложная задача, потому что взаимодействия частиц темной материи с обычной материей чрезвычайно редки.

Для поиска этих невероятно редких сигналов нам нужен очень большой детектор - возможно, настолько большой, что невозможно построить достаточно большой детектор на Земле. Однако Природа предоставляет альтернативный вариант в виде нейтронных звезд - целая нейтронная звезда может выступать в качестве окончательного детектора темной материи.

В исследовании, опубликованном в Письма о физическом осмотре , мы определили, как гораздо точнее использовать информацию, полученную с помощью этих уникальных детекторов естественной темной материи.

Нейтронные звезды - это самые плотные звезды, которые, как известно, существуют и образуются, когда гигантские звезды умирают в результате взрыва сверхновых. Позади находится сжатое ядро, в котором гравитация сжимает материю так сильно, что протоны и электроны объединяются, образуя нейтроны. Обладая массой, сравнимой с массой Солнца (сжатие в радиусе 10 км), одна чайная ложка вещества нейтронной звезды имеет массу около миллиарда тонн!

Эти звезды являются «космическими лабораториями», позволяющими нам изучать поведение темной материи в условиях экстремальные условия это невозможно воспроизвести на Земле.

Темная материя очень слабо взаимодействует с обычной материей. Например, он может пройти через световой год свинца (около 10 триллионов километров), не останавливаясь. Невероятно, однако, что нейтронные звезды настолько плотны, что могут улавливать все частицы темной материи, которые проходят через них.

Теоретически частицы темной материи столкнутся с нейтронами в звезде, потеряют энергию и окажутся в гравитационной ловушке. Со временем частицы темной материи будут накапливаться в ядре звезды. Ожидается, что это приведет к нагреву старых, холодных нейтронных звезд до уровня, который может быть недосягаем для будущих наблюдений. В крайних случаях накопление темной материи может вызвать коллапс звезды в черную дыру.

Это означает, что нейтронные звезды могут позволить нам исследовать определенные типы темной материи, которые было бы трудно или невозможно наблюдать в экспериментах на Земле.

На Земле эксперименты с темной материей ищут крошечные сигналы ядерной отдачи, вызванные невероятно редкими столкновениями.медленно движущихся частиц темной материи. Для сравнения: сильное гравитационное поле нейтронной звезды ускоряет темную материю до квазирелятивистских скоростей, что приводит к столкновениям с гораздо большей энергией.

Другая проблема для обнаружения на Земле заключается в том, что эксперименты с ядерной отдачей наиболее чувствительны к частицам темной материи, которые имеют массу, аналогичную атомным ядрам, что затрудняет обнаружение темной материи, которая может быть намного легче или тяжелее.

Однако частицы темной материи теоретически могут быть захвачены звездами и планетами в значительных количествах, независимо от того, насколько они легкие или тяжелые.

Важнейшей задачей при использовании нейтронных звезд для обнаружения темной материи является обеспечение того, чтобы расчеты, используемые учеными, полностью учитывали уникальное окружение звезды. Хотя захват темной материи нейтронными звездами изучается на протяжении десятилетий, существующие расчеты упускают из виду важные физические эффекты.

Итак, наша команда приступила к ключевым улучшениям в вычислении скорости захвата темной материи, то есть того, насколько быстро темная материя накапливается в нейтронные звезды - что значительно изменило ответы.

Наше исследование правильно учитывает структуру нуклона, а не рассматривает нейтроны как точечные частицы, и включает эффекты сильных сил между нуклонами, а не моделирует нейтроны как свободный газ частиц. Это основано на нашей более ранней работе, в которой мы включили состав звезды, релятивистские эффекты, квантовую статистику и гравитационную фокусировку.

Проще говоря, мы показали, как правильно думать о столкновениях темной материи в экстремальной среде нейтронных звезд, которая так сильно отличается от детекторов темной материи на Земле.

Это новое исследование значительно повышает точность и надежность наших оценок скорости захвата темной материи. Это открывает нам путь к более точному определению силы взаимодействия темной материи с обычной материей.

В конечном счете, свидетельство (или отсутствие свидетельства) накопления темной материи в звезды предоставит ценные подсказки о том, где нацелить экспериментальные усилия на Земле, помогая раскрыть тайну темная материя .


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии