SINAR gamma yang muncul dari bintang neutron di pusat ledakan supernova dapat menyelesaikan Rahasia materi gelap. Hal ini Apabila materi gelap terdiri dari axion, partikel hipotetik ringan yang Begitu ini menjadi kandidat Primer Buat materi gelap.
Tim dari Universitas California, Berkeley, yang mengembangkan teori ini, percaya bahwa Apabila Betul, supernova yang meledak cukup dekat dengan Bumi akan memungkinkan kita Buat mendeteksi emisinya berupa Sinar Daya tinggi, mengonfirmasi massa axion, dan menyelesaikan teka-teki materi gelap.
Ledakan supernova yang dibutuhkan harus berasal dari bintang masif yang Tewas dan meledak di dalam Galaksi Bima Sakti atau salah satu galaksi satelitnya, seperti Mega Magellan Besar. Peristiwa ini terjadi setiap beberapa Dasa warsa, dengan supernova terdekat terakhir, yang dikenal dengan supernova 1987A, meledak di Mega Magellan Besar pada 1987.
Apabila para peneliti Betul, pencarian materi gelap yang telah membingungkan astronom selama beberapa Dasa warsa ini Dapat diselesaikan dalam waktu yang sangat dekat dengan sedikit keberuntungan.
Deteksi sinar gamma yang menjadi tanda akan membutuhkan teleskop sinar gamma satu-satunya di ruang angkasa, Fermi Gamma-ray Space Telescope, Buat mengarah ke supernova terdekat Begitu meledak. Dengan mempertimbangkan bidang pandang Fermi, kemungkinan ini terjadi adalah 1 dari 10.
Tim tersebut berpendapat bahwa hanya satu deteksi sinar gamma dari bintang neutron di pusat puing-puing supernova sudah cukup Buat menentukan massa axion dari berbagai massa teoritis yang Begitu ini disarankan Buat partikel hipotetik ini. Tim ini khususnya tertarik pada deteksi jenis axion yang disebut axion QCD. Berbeda dengan axion yang diperkirakan lainnya, massa axion QCD bergantung pada suhu.
“Apabila kita Menyaksikan sebuah supernova, seperti supernova 1987A, dengan teleskop sinar gamma modern, kita akan dapat mendeteksi atau mengecualikan axion QCD ini,” kata Benjamin Safdi, penulis Primer penelitian dan profesor fisika di Universitas California Berkeley, dalam sebuah pernyataan. “Dan Sekalian itu akan terjadi dalam waktu 10 detik.”
Mengapa Sinar Gamma?
Materi gelap merupakan masalah besar bagi para ilmuwan karena massa materi gelap lebih besar lima kali lipat dibandingkan dengan materi sehari-hari yang Eksis di alam semesta. Ini Krusial karena setiap bintang, Mega debu kosmik, bulan, asteroid, planet, Mahluk, hewan, dan setiap benda Tewas yang mengisi kehidupan kita terbuat dari materi sehari-hari.
Materi gelap juga rumit karena Kagak berinteraksi dengan Sinar atau, Apabila berinteraksi, interaksinya sangat lemah sehingga kita Kagak dapat melihatnya. Hal ini Membangun materi gelap secara efektif tak terlihat. Seiring pencarian partikel yang Dapat membentuk materi gelap berlanjut, axion muncul sebagai kandidat Primer.
Ini Bermanfaat karena partikel ini Kagak hanya cocok dengan Model Standar fisika partikel, tetapi juga menjelaskan Rahasia lainnya. Sebagai Misalnya, mereka Dapat menjadi kunci Buat menyatukan teori gravitasi Albert Einstein, relativitas Lumrah, dan fisika kuantum.
“Sepertinya Nyaris mustahil Mempunyai teori gravitasi yang konsisten dipadukan dengan mekanika kuantum tanpa partikel seperti axion,” Terang Safdi.
Sementara banyak eksperimen berbasis Bumi telah mencari keberadaan axion, banyak ilmuwan kini mengalihkan perhatian mereka ke bintang neutron, bintang ekstrem di alam semesta, yang diyakini dapat menyimpan partikel-partikel hipotetik ini.
Bintang neutron terbentuk ketika bintang masif kehabisan bahan bakar yang diperlukan Buat Penyatuan nuklir di inti mereka, dan tekanan radiasi keluar yang telah mereka hasilkan selama miliaran tahun berhenti. Ini berarti bintang-bintang ini Kagak dapat Kembali menahan diri dari dorongan gravitasi internalnya.
Begitu inti mereka runtuh dengan Segera, gelombang kejut meluncur ke lapisan luar bintang-bintang masif ini, memicu supernova yang meledakkan sebagian besar massa bintang. Hasilnya adalah bintang neutron dengan massa antara satu hingga dua kali massa Surya dan lebar Sekeliling 12 mil (20 kilometer).
Para ilmuwan telah mengusulkan Buat mencari axion yang terbentuk di dalam bintang neutron segera setelah supernova yang menghasilkan mereka terjadi. Usaha ini sebagian besar difokuskan pada axion yang perlahan menghasilkan foton (partikel dasar Sinar) berupa sinar gamma ketika partikel ini berinteraksi dengan medan magnet di Sekeliling galaksi.
Safdi dan rekan-rekannya berteori proses ini Kagak akan sangat efisien dalam menghasilkan sinar gamma, setidaknya Kagak dalam volume yang cukup besar Buat dideteksi dari Bumi. Mereka kemudian beralih Konsentrasi pada proses kosmik serupa, tetapi kali ini yang terjadi di medan magnet kuat yang mengelilingi bintang neutron itu sendiri.
Mereka menemukan Area ini dapat secara efisien memicu lonjakan sinar gamma yang sesuai dengan massa axion dan bertepatan dengan lonjakan “partikel hantu,” atau neutrino, dari inti bintang neutron terkait.
Lonjakan axion ini hanya akan berlangsung selama 10 detik setelah pembentukan bintang neutron, dengan laju produksi partikel hipotetik ini menurun secara dramatis beberapa jam sebelum lapisan luar bintang meledak.
“Ini Betul-Betul Membangun kami berpikir tentang bintang neutron sebagai Sasaran optimal Buat mencari axion sebagai laboratorium axion,” kata Safdi.
“Bintang neutron Mempunyai banyak keuntungan. Mereka adalah objek yang sangat panas. Mereka juga Mempunyai medan magnet yang sangat kuat. Medan magnet terkuat di alam semesta ditemukan di Sekeliling bintang neutron, seperti magnetar, yang Mempunyai medan magnet yang miliaran kali lebih kuat daripada yang Dapat kita bangun di laboratorium. Itu membantu mengonversi axion ini menjadi sinyal yang dapat diamati.”
Mengikuti jalur penyelidikan ini, dan mempertimbangkan laju pendinginan bintang neutron Begitu mereka menghasilkan axion dan neutrino, Safdi dan rekan-rekannya menentukan bahwa massa maksimum dari axion QCD kemungkinan akan 32 kali lebih kecil dari massa elektron.
Dalam penelitian baru ini, tim menggambarkan produksi sinar gamma setelah supernova yang menyebabkan pembentukan bintang neutron dan mempertimbangkan signifikansi fakta Fermi Kagak mendeteksi sinar gamma ketika supernova 1987A meledak.
Ini Membangun para peneliti menyimpulkan deteksi sinar gamma dari peristiwa ledakan seperti itu akan memungkinkan mereka Buat menemukan axion QCD Apabila Mempunyai massa lebih besar dari 10 miliar kali massa elektron. Deteksi tunggal, menurut mereka, sudah cukup Buat mengalihkan pencarian axion dan membantu mengonfirmasi massanya.
“Skenario terbaik Buat axion adalah Fermi menangkap supernova. Hanya saja kemungkinan itu kecil,” kata Safdi. “Tapi Apabila Fermi melihatnya, kami akan dapat mengukur massanya. Kami akan dapat mengukur kekuatan interaksinya. Kami akan dapat menentukan segala hal yang perlu kami ketahui tentang axion, dan kami akan sangat Serius dengan sinyalnya karena Kagak Eksis materi Lumrah yang Dapat menciptakan peristiwa seperti itu.”
Tim ini sadar bahwa Eksis bahaya kehilangan deteksi sinar gamma yang dihasilkan oleh axion dari supernova yang Lamban ditunggu-tunggu yang meledak di dekat Galaksi Bima Sakti.
Buat menghindari hasil tersebut, tim ini bekerja sama dengan ilmuwan pembuat teleskop sinar gamma Buat menentukan seberapa layak Buat mengamati 100% langit 24/7. Ini akan memastikan bahwa setiap sinar gamma yang keluar dari supernova akan terdeteksi. Para peneliti mengusulkan agar konstelasi satelit sinar gamma langit penuh ini dinamai Instrumen Axion Galaksi Buat Supernova (GALAXIS).
“Saya rasa kami Sekalian di sini cemas Apabila supernova berikutnya terjadi sebelum kami Mempunyai instrumen yang Betul,” kata Safdi. “Akan sangat disayangkan Apabila supernova meledak besok dan kami kehilangan kesempatan Buat mendeteksi axion — mungkin Kagak akan terjadi Kembali dalam 50 tahun.” (Space/Z-3)
