Private Rocket lanceert Space Station Cargo voor NASA Tonight: Watch Live

Drie meer kandidaten voor donkere materie hebben net het stof gebeten.

Sinds 2008 verzamelt NASA in een baan rond Fermi Gamma-ray Space Telescope bewijs van de krachtigste explosies en energetische emissies van het waarneembare universum. Dat krachtige inzicht heeft onderzoekers in drie verschillende recente onderzoeken geholpen om de materialen te beperken die mogelijk mysterieuze donkere materie vormen.

"We hebben de gebruikelijke verdachten op de gebruikelijke plaatsen gezocht en geen solide signalen gevonden, dus we zijn op een aantal creatieve nieuwe manieren gaan zoeken", zegt Julie McEnery, Fermi-projectwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Maryland, uitspraak. [Dark Matter and Dark Energy: The Mystery Explained (Infographic)]

"Met deze resultaten heeft Fermi meer kandidaten uitgesloten, heeft aangetoond dat donkere materie slechts een klein deel van de gammastralingsachtergrond buiten onze melkweg kan bijdragen - de Melkweg - en heeft sterke limieten opgeleverd voor donkere materiedeeltjes in de op een na grootste Melkweg in een baan om de Melkweg, voegde McEnery eraan toe.

Transformator deeltjes?

De huidige hypotheses suggereren dat viervijfde van de massa van het universum bestaat uit een mysterieus materiaal dat wetenschappers niet rechtstreeks kunnen waarnemen, wat onderzoekers donkere materie noemen. De substantie maakt zich bekend door de manier waarop sterrenstelsels roteren en licht om hen heen buigen, wat suggereert dat de hemellichamen meer massa hebben dan waarnemers kunnen zien.

Fermi's waarnemingen van het centrum van de Melkweg en van dwergstelsels hebben onderzoekers eerder geholpen om verschillende deeltjes te verwijderen die als bestanddelen van donkere materie werden geponeerd. Een nieuwe studie, gepubliceerd op 20 april in het tijdschrift Physical Review Letters, zocht naar een vreemde kandidaat - hypothetische deeltjes die axions worden genoemd, of deeltjes die zich als deze gedragen (axion-achtig genoemd), die kunnen transformeren in lichtstralen en weer terug wanneer ze worden blootgesteld aan sterke magnetische velden.

De onderzoekers gebruikten de Large Area Telescope (LAT) van Fermi om de gammastralen te bekijken die werden uitgestraald door het hoogenergetische stelsel NGC 1275 in het cluster Perseus Galaxy. Dergelijke gammastralen zouden door het hete gas en de magnetische velden in de rest van het cluster gaan, waardoor het hoogenergetische licht mogelijk zou kunnen overschakelen naar axionachtige deeltjes en weer terug, aldus de onderzoekers.

Hoewel wetenschappers die deeltjes niet direct kunnen detecteren, zouden gammastralen die door die transformatie zijn gegaan, een aantal aandenkens in hun elektromagnetische spectra kunnen bewaren.

Maar de leden van het studieteam vonden die veelbetekenende tekens niet in hun gammastraling, wat suggereert dat donkere materie niet is gemaakt van axionachtige deeltjes met een bepaald bereik van massa's, aldus de onderzoekers.

"Hoewel we nog niet weten wat donkere materie is, laten onze resultaten zien dat we axionachtige modellen kunnen meten en de sterkste beperkingen tot nu toe voor bepaalde massa's kunnen bieden," Manuel Meyer, een onderzoeker aan de universiteit van Stockholm in Zweden en hoofdauteur van de studie, zei in dezelfde verklaring. "Opmerkelijk genoeg bereikten we een gevoeligheid waarvan we dachten dat die alleen mogelijk zou zijn in een speciaal laboratoriumexperiment, wat een mooi bewijs is van Fermi."

WIMP's in de cloud?

Een populair model voor donkere materie houdt in dat ze zwak interactie vertonende massieve deeltjes (WIMP's) zijn, die niet sterk interageren met gewone materie, maar elkaar kunnen tegenkomen en gammastraaluitbarstingen kunnen afgeven. (Veel andere studies, zoals het supersensitieve LUX-experiment, richten zich op het detecteren van de zeldzame interacties van WIMP's met alledaagse deeltjes.)

In een afzonderlijke studie gebruikte een groep onderzoekers Fermi om de Small Magellanic Cloud (SMC), een satellietmelkweg die rond de Melkweg draait, te onderzoeken. Omdat dit kleine sterrenstelsel goed begrepen is, konden de onderzoekers de verwachte output van gammastralen vergelijken met de werkelijke, gemeten hoeveelheid. De wetenschappers hebben vastgesteld dat er geen extra gammastraling wordt uitgezonden als gevolg van WIMP's van bepaalde massa's die elkaar tegenkomen.

Op basis van gedetailleerde metingen van de rotatie van de Melkweg, konden de wetenschappers bepalen hoeveel donkere materie in de melkweg te verwachten was - en als die donkere materie uit een bepaalde smaak van WIMP zou bestaan, zeiden de onderzoekers, dat ze de extra hoeveelheid hadden moeten kunnen detecteren. gammastraling uitvoer.

"De LAT ziet absoluut gammastralen van de SMC, maar we kunnen ze allemaal verklaren via conventionele bronnen," zegt Regina Caputo, een onderzoeker aan de universiteit van Californië, Santa Cruz, en hoofdauteur van het werk, zei in dezelfde verklaring. "Geen signaal van donkere materie annihilatie bleek statistisch significant te zijn." [Dark Matter Candidate 'Sterile Neutrino' Particle nog steeds een mysterie (video)]

WIMP's allemaal voorbij?

Een derde onderzoek, uitgevoerd bij het SLAC National Accelerator Laboratory van het U.S. Department of Energy in Californië, zocht ook naar WIMP's, maar richtte zijn blik veel verder naar buiten.

De onderzoekers in die studie richtten zich op extragalactische achtergrondstraling - het spervuur ​​van fotonen van voorbij de Melkweg, dat verantwoordelijk is voor 10 biljoensten van je zonnebrand. De gammastralingsband van die achtergrondstraling komt meestal van bronnen zoals blazars, sterrenstelsels die veel hoog energetisch licht genereren wanneer gas in hun centrale superzware zwarte gaten valt.

De studie, gepubliceerd op 14 april in het tijdschrift Physical Review Letters, analyseerde extragalactische achtergrond-gammastralen gedetecteerd gedurende 6,5 jaar LAT-metingen. De onderzoekers keken om te zien of blazars en andere gammastralingsbronnen al die detecties konden verklaren, en vonden dat ze dat konden. Geen WIMP-crashes of -verval nodig om de straling te verklaren, aldus de onderzoekers.

"Er is heel weinig ruimte over voor signalen van exotische bronnen in de extragalactische gammastraling achtergrond, wat op zijn beurt betekent dat elke bijdrage van deze bronnen vrij klein moet zijn," Marco Ajello, een onderzoeker aan de Clemson University in South Carolina en een van de studieleiders, zei in de verklaring. "Deze informatie kan ons helpen grenzen te stellen aan hoe vaak WIMP-deeltjes botsen of vergaan." (Donkere materie is geen type WIMP dat met andere woorden een aanzienlijke gammastraling aan de extragalactische achtergrond kan bijdragen.)

Onderzoekers kennen nu drie gevallen van wat donkere materie precies is, en trekken het net strakker aan wat het zou kunnen zijn. Die zoektocht gaat verder zowel in de ruimte als op de grond, zeiden NASA-functionarissen in de verklaring.