Astronomer lager ny teknikk for å hjelpe til med å lete etter mørk materie

Meteorer kan hjelpe astronomer med å finne en ny måte å lokalisere mørk materie – mystiske og usynlige partikler som så langt bare har blitt oppdaget av effekten de har på den naturlige verden.

Fem ganger mer utbredt enn vanlig materie utgjør mørk materie omtrent 85 % av universets totale masse, og omtrent en fjerdedel (26,8 %) av universets totale masse og energi. Mennesker er ikke i stand til å oppdage disse unnvikende partikler direkte, siden mørk materie ikke sender ut noe lys, så bruker forskere kraftige instrumenter som Hubble-romteleskopet eller NASAs kommende romerske romteleskop Nancy Grace for å se dens innflytelse på galakser og andre fjerne stjernehoper.

Nå, ifølge en studie ledet av forskere ved Ohio State University, radarsystemer på bakken kan brukes til å hjelpe søket.

John Beacom, medforfatter av studien og professor i fysikk og astronomi ved Ohio State, sa at selv om forskere vanligvis bare ser etter små partikler av mørk materie med små masser, er målet med denne nye forskningen å forbedre søket ved å hjelpe å karakterisere makroskopisk mørk materie: partikler med stor masse som kanskje ikke når tradisjonelle terrestriske detektorer.

“En av grunnene til at mørk materie er så vanskelig å oppdage kan være fordi partiklene er så massive,” sa Beacom. “Hvis mørk materiemasse er liten, så er partiklene vanlige, men hvis massen er stor, er partiklene sjeldne.”

Selv om disse partiklene ikke kan berøres eller ses, kan mørk materie oppfattes av dens gravitasjonseffekter på andre himmelfenomener, som stjerner eller sorte hull.

Selv om effektene på andre naturlige systemer ikke er enkle å kategorisere, åpner det å ta seg tid til å lære mer om mørk materie opp nye veier for forskere til å forstå størrelsen, formen og fremtiden til kosmos, sa Beacom. Slike deteksjoner kan også avsløre massen til disse partiklene – som, avhengig av størrelsen, kan ha enorme effekter på dannelsen og strukturen til galakser.

Forskningen er for tiden publisert på preprint-serveren med åpen tilgang, arXiv.

Det som gjør forskningen så ny, er at forskere brukte den samme teknologien som brukes til å spore meteorer når de strekker seg over himmelen. Når de passerer gjennom jordens atmosfære, produserer både meteorer og mørkt stoffpartikler ioniseringsforekomster – en form for stråling som etterlater seg frie elektroner, atomer som er i stand til å lede elektrisitet. Elektromagnetiske bølger som frigjøres av radar spretter av de frie elektronene, og signaliserer tilstedeværelsen av overjordisk materie, som deretter kan brukes til å skille mørk materie fra meteorer. På denne måten kan hele planetens atmosfære omdannes til én effektiv, storskala partikkeldetektor.

Selv om forskere har brukt denne metoden for meteorjakt i flere tiår, sa Beacom at han var overrasket over at ingen noen gang hadde brukt disse systemene, eller deres tidligere innsamlede data, i søket etter mørk materie.

En av studiens viktigste konklusjoner er hvordan teamets nye metode kan utfylle andre kosmologiske søk etter mørk materie, ettersom systemet deres tilbyr et nivå av nøyaktighet og følsomhet mange andre teknikker mangler.

“Nåværende kosmologiteknikker er ganske følsomme, men de har ikke en måte å sjekke sitt eget arbeid,” sa Beacom. “Dette er en helt ny teknikk, så hvis forskere er usikre på hva de har oppdaget, kan et signal fra kosmologi bli sjekket i detalj med radarteknikken.”

Medforfattere Pawan Dhakal, Steven Prohira og Christopher Cappiello fra Ohio State;

---

---