Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Thông qua phân tích dữ liệu Fermi và một loạt các bài tập mô hình hóa đầy đủ, các nhà nghiên cứu có thể xác định rằng lượng tia gamma dư thừa quan sát được không thể được tạo ra bởi cái được gọi là các hạt khối lượng tương tác yếu, được lý thuyết phổ biến nhất là vật chất tối .
Cách đây hơn một thập kỷ, Kính viễn vọng Không gian Tia Gamma Fermi phát hiện ra dư bức xạ năng lượng cao ở trung tâm Dải Ngân hà đã thuyết phục một số nhà vật lý rằng họ đang nhìn thấy bằng chứng về sự hủy diệt của các hạt vật chất tối, nhưng một nhóm dẫn đầu các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Irvine đã bác bỏ cách giải thích đó.
Trong một bài báo được xuất bản gần đây trên tạp chí Physical Review D , các nhà khoa học UCI và đồng nghiệp tại Viện Bách khoa Virginia và Đại học Bang và các tổ chức khác báo cáo rằng – thông qua phân tích dữ liệu Fermi và một loạt bài tập mô hình hóa đầy đủ – họ đã có thể để xác định rằng các tia gamma quan sát được không thể được tạo ra bởi thứ được gọi là các hạt khối lượng tương tác yếu, được lý thuyết phổ biến nhất là vật chất tối.
Bằng cách loại bỏ những hạt này, việc phá hủy chúng có thể tạo ra năng lượng lên tới 300 giga-electron volt, các tác giả của bài báo cho biết họ đã đặt ra những hạn chế mạnh nhất cho các đặc tính của vật chất tối.
“Trong 40 năm hoặc lâu hơn, ứng cử viên hàng đầu cho vật chất tối trong số các nhà vật lý hạt là một hạt nhiệt, tương tác yếu và quy mô yếu, và kết quả này lần đầu tiên loại bỏ ứng cử viên đó là các hạt có khối lượng rất lớn”, đồng -author Kevork Abazajian, giáo sư vật lý và thiên văn học UCI chia sẻ.
Đồng tác giả Manoj Kaplinghat, cũng là giáo sư vật lý & thiên văn học của UCI, cho biết thêm: “Trong nhiều mô hình, hạt này có khối lượng từ 10 đến 1.000 lần khối lượng của một proton, với những hạt có khối lượng lớn hơn thì ít hấp dẫn hơn về mặt lý thuyết như một hạt vật chất tối. “Trong bài báo này, chúng tôi đang loại bỏ các ứng cử viên vật chất tối trong phạm vi ưa thích, đó là một cải tiến lớn về những hạn chế mà chúng tôi đặt ra đối với khả năng chúng là đại diện của vật chất tối.”
Abazajian nói rằng các tín hiệu vật chất tối có thể bị chèn ép bởi các hiện tượng vật lý thiên văn khác trong Trung tâm Thiên hà – chẳng hạn như sự hình thành sao, tia vũ trụ lệch khỏi khí phân tử và đáng chú ý nhất là các sao neutron và sao xung mili giây – như các nguồn phát tia gamma dư thừa bằng kính viễn vọng không gian Fermi.
Đồng tác giả Oscar Macias, một học giả sau tiến sĩ về vật lý và thiên văn học tại Viện Vật lý và Toán học Vũ trụ Kavli thuộc Đại học Tokyo, nơi có chuyến thăm UCI năm 2017 đã khởi xướng dự án này cho biết: “Chúng tôi đã xem xét tất cả các mô hình khác nhau diễn ra trong Trung tâm Thiên hà, bao gồm khí phân tử, sự phát xạ của sao và các electron năng lượng cao làm tán xạ các photon năng lượng thấp. Chúng tôi đã mất hơn ba năm để tập hợp tất cả các mô hình mới, tốt hơn này lại với nhau và kiểm tra lượng khí thải, nhận thấy rằng không còn chỗ cho vật chất tối.”
Macias, người cũng là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của Trung tâm GRAPPA tại Đại học Amsterdam, nói thêm rằng kết quả này sẽ không thể thực hiện được nếu không có dữ liệu và phần mềm do sự hợp tác của Kính viễn vọng Diện tích Lớn Fermi cung cấp.
Nhóm đã thử nghiệm tất cả các loại mô hình được sử dụng trong khu vực Trung tâm Thiên hà để phân tích phát thải dư thừa, và kết luận của nó vẫn không thay đổi. Macias nói: “Người ta sẽ phải tạo ra một mô hình phát xạ khuếch tán để lại một ‘lỗ hổng’ lớn trong đó để nới lỏng các ràng buộc của chúng ta, và khoa học không hoạt động theo cách đó.
Kaplinghat lưu ý rằng các nhà vật lý đã dự đoán rằng bức xạ từ sự hủy hoại vật chất tối sẽ được biểu diễn dưới dạng hình cầu hoặc hình elip gọn gàng phát ra từ Trung tâm Thiên hà, nhưng tia gamma dư thừa được phát hiện bởi kính viễn vọng không gian Fermi sau khi triển khai vào tháng 6 năm 2008 hiển thị dưới dạng ba trục, cấu trúc dạng thanh.
Ông nói: “Nếu bạn nhìn vào Trung tâm Thiên hà, bạn sẽ thấy rằng các ngôi sao được phân bố theo một hình hộp. “Có một đĩa các ngôi sao, và ngay ở trung tâm, có một chỗ lồi lên khoảng 10 độ trên bầu trời, và nó thực sự là một hình dạng rất cụ thể – một loại hình hộp không đối xứng – và hình dạng này để lại rất ít chỗ cho bóng tối vấn đề.”
Liệu nghiên cứu này có loại trừ sự tồn tại của vật chất tối trong thiên hà? “Không,” Kaplinghat nói. “Nghiên cứu của chúng tôi hạn chế loại hạt mà vật chất tối có thể là. Nhiều bằng chứng về vật chất tối trong thiên hà rất chắc chắn và không bị ảnh hưởng bởi công việc của chúng tôi.”
Abazajian nói rằng họ nên khuyến khích các nhà vật lý tập trung vào các khái niệm khác với những khái niệm phổ biến nhất.
Ông nói: “Có rất nhiều ứng cử viên vật chất tối thay thế ở đó. “Cuộc tìm kiếm sẽ giống như một cuộc thám hiểm câu cá mà bạn không biết con cá ở đâu.”
Cũng đóng góp cho dự án nghiên cứu này – được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia, Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Sáng kiến Trung tâm Nghiên cứu Quốc tế Hàng đầu Thế giới của Nhật Bản – là Ryan Keeley, người đã có bằng Tiến sĩ. về vật lý và thiên văn học tại UCI vào năm 2018 và hiện đang làm việc tại Viện Khoa học Không gian và Thiên văn Hàn Quốc, và Shunsaku Horiuchi, cựu học giả sau tiến sĩ UCI về vật lý và thiên văn học, hiện là trợ lý giáo sư vật lý tại Virginia Tech.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đại học California – Irvine cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :