جستجوی پرتو گاما محدودیت‌های جدیدی را برای نابودی ماده تاریک در کهکشان راه شیری ایجاد می‌کند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

ماده تاریک می تواند نوعی ماده در جهان باشد که نور قابل تشخیص را ساطع، جذب یا منعکس نمی کند و به نظر می رسد بسیار ضعیف با ماده معمولی برهم کنش دارد. اگرچه فیزیکدانان اثرات گرانشی منتسب به ماده تاریک را مشاهده کرده اند، اما هنوز نتوانسته اند تعیین کنند که از چه چیزی ساخته شده است.

یک فرضیه این است که ماده تاریک متشکل از ذراتی است که گاهی از بین می روند، به این معنی که وقتی این دو به هم می رسند، به ذرات دیگر تبدیل می شوند. پیش‌بینی می‌شود که برخی از ذرات ماده تاریک فرضی در طی این فرآیند پرتوهای گاما (یعنی شکلی از نور بسیار پرانرژی) تولید کنند.

اشاره ای به حضور این ذرات می تواند غلظت غیرمعمول پرتوهای گاما در یک انرژی خاص، به جای پخش صاف در انرژی های مختلف باشد. چنین غلظتی که خط پرتو گاما نامیده می شود، ممکن است در مرکز کهکشان ما، کهکشان راه شیری، جایی که تصور می شود ماده تاریک به ویژه متراکم است، قابل تشخیص باشد.

H.E.S.S. (سیستم استریوسکوپی با انرژی بالا) گروه بزرگی از محققان در موسسات در سراسر جهان، اخیرا با استفاده از مشاهدات جمع‌آوری‌شده توسط آرایه تلسکوپ‌های همکاری در نامیبیا، به دنبال خط پرتو گاما بودند. این تلسکوپ ها فلاش های نوری را که هنگام برخورد پرتوهای گامای ورودی به جو زمین تولید می شود، تشخیص می دهند.

نتایج این تحقیق که در مقاله‌ای در Physical Review Letters منتشر شد، سیگنال ماده تاریک قانع‌کننده‌ای را به همراه نداشت، اما محدودیت‌های جدیدی را برای نابودی احتمالی ذرات ماده تاریک پیشنهادی تعیین کرد.

امانوئل مولین، محققی از H.E.S.S، گفت: «ماده تاریک به شکل ذرات الکتروضعیف عظیم اولیه (WIMPs) یکی از محبوب‌ترین نامزدها برای توضیح ماده تاریک در جهان، از مقیاس‌های اخترفیزیکی تا کیهانی است. همکاری، به Phys.org گفت.

رصدخانه H.E.S.S پس از جستجوی WIMP ها برای بیش از دو دهه در مرکز کهکشان راه شیری، که مدت ها به عنوان امیدوارکننده ترین هدف برای شناسایی WIMP ها از طریق خودنابودی آنها در پرتوهای گاما با انرژی بسیار بالا (E> 100GeV) شناخته می شد، رصدخانه WIMP داده های متقاطع کافی را به دست آورد.

H.E.S.S. Collaboration تیم تحقیقاتی بین المللی است که H.E.S.S را اداره می کند. سیستم و داده های آن را تجزیه و تحلیل می کند. این سیستم مجموعه‌ای از تلسکوپ‌های جوی چرنکوف (IACTs) است که در نامیبیا، در جنوب آفریقا قرار دارد.

الساندرو مونتاناری، محقق H.E.S.S توضیح داد: "داده هایی که ما تجزیه و تحلیل کردیم شامل فلاش های نور چرنکوف است که توسط ذراتی که سریعتر از سرعت نور در جو زمین حرکت می کنند." همکاری.

این ذرات به صورت آبشاری یا بارانی می‌رسند که توسط فوتون‌های پرانرژی از کیهان آغاز می‌شود. با این تکنیک، ما می‌توانیم پرانرژی‌ترین پدیده‌ها را مشاهده کنیم، مانند آنچه که ما معتقدیم زمانی که دو ذره ماده تاریک بلافاصله به دو فوتون پرانرژی منهدم می‌شوند، اتفاق می‌افتد.

مولن، مونتاناری و همکارانشان 546 ساعت مشاهدات جمع آوری شده توسط H.E.S.S را تجزیه و تحلیل کردند. تلسکوپ‌هایی بین سال‌های 2014 تا 2020 که منطقه اطراف مرکز کهکشان راه شیری را پوشش می‌دهند. این تیم به دنبال غلظت‌های باریک پرتوهای گاما در یک انرژی خاص بودند، که برخی از مدل‌های ماده تاریک پیش‌بینی می‌کنند که می‌تواند ناشی از نابودی ذرات باشد.

مونتاناری توضیح داد: "ما محدودترین نتایج را در مورد سطح مقطع نابودی ذرات سنگین ماده تاریک به دست آوردیم." "این امکان پذیر بود زیرا H.E.S.S در حال حاضر تنها آرایه فعال IACT در نیمکره جنوبی است - به این معنی که کاملا برای رصد مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد - و ما از یکی از بزرگترین مجموعه داده های مشاهدات IACT این منطقه در زمان نگارش این مقاله استفاده کردیم.

سطح مقطع نابودی را به اندازه اندازه ذره در برخورد با ذره دیگر در نظر بگیرید، و هر دو ناپدید می شوند – یا به طور خاص، به چیزی دیگر تبدیل می شوند، مانند دو فوتونی که قبلا ذکر کردیم.

H.E.S.S. همکاری یک خط پرتو گاما معنی‌دار آماری را در داده‌های تحلیل‌شده مشاهده نکرد. با این وجود، تیم می‌تواند محدودیت‌های بالایی را برای سیگنال نابودی پیش‌بینی‌شده تعیین کند که می‌تواند به جستجوهای ماده تاریک آینده کمک کند.

در زمینه یک مدل خاص از نحوه توزیع ماده تاریک در کهکشان راه شیری (یعنی مدل Einasto)، محققان قوی‌ترین محدودیت‌هایی را که تاکنون در سیگنال خط پرتو گاما جستجو کرده‌اند تعیین کردند. نتایج آنها همچنین هیگزینو حرارتی، یک نامزد پیشنهادی ماده تاریک، را برای اولین بار تحت مدل‌های ماده تاریک کهکشانی که آنها بررسی کردند، به چالش می‌کشد.

مونتاناری توضیح داد: «تحلیل ما کوچکترین حد بالایی را برای این اندازه در طیف وسیعی از جرم‌های ذرات ماده تاریک ممکن تعیین می‌کند. ما تمام مقادیر جرمی را که می‌توانیم در محدوده انرژی تلسکوپ‌هایمان پوشش دهیم، آزمایش می‌کنیم، زیرا جرم ذرات ماده تاریک را نمی‌دانیم.»

جستجوهای آینده با تلسکوپ‌های پرتو گامای حساس‌تر می‌توانند بر اساس این نتایج، تعیین محدودیت‌های قوی‌تر یا به طور بالقوه شناسایی سیگنال پرتو گاما مرتبط با نابودی ماده تاریک باشد.

رصدخانه آرایه تلسکوپ چرنکوف (CTAO) در دو مکان، CTAO-South، واقع در Paranal، شیلی، و CTAO-North، واقع در رصدخانه Roque de los Muchachos در لا پالما، جزایر قناری، با حساسیت بهبود یافته به دلیل میدان دید بزرگتر و وضوح عملکرد بیشتر در مقایسه با موس و قدرت تصویربرداری بالاتر در حال حاضر ساخته می شود. مولن افزود: تلسکوپ‌های چرنکوف مانند H.E.S.S.

"برنامه رصدی انجام شده با H.E.S.S یک میراث مهم است و راه را برای مشاهدات برنامه ریزی شده آینده مرکز کهکشانی با CTAO هموار می کند، که بینش های مهمی را در مورد الگوی TeV WIMP به عنوان یک کل ارائه می دهد."

توسط نویسنده ما Ingrid Fadelli، ویرایش شده توسط Sadie Harley، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما نوشته شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

F. Aharonian et al., Search for Gamma-Ray Spectral Lines from Dark Matter Annihilation with the H.E.S.S. Inner Galaxy Survey، Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/d8tj-55kc. در arXiv : arxiv.org/abs/2608.07234

اطلاعات مجله: Physical Review Letters , arXiv

روزنامه نگار آزاد با لیسانس روانشناسی و کارشناسی ارشد روزنامه نگاری بین المللی. از سال 2018 هوش مصنوعی، رباتیک، علوم اعصاب و اخترفیزیک را پوشش می دهد. نمایه کامل →

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →