Astronomi

Er det sikkert, at mørkt stof består af partikler? (Og ikke kun buet plads)

Er det sikkert, at mørkt stof består af partikler? (Og ikke kun buet plads)


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hovedideen om mørkt stof i dag ser ud til at være supersymmetri. At der findes et sæt endnu uopdagede grundlæggende partikler, som (på en matematisk mest bekvem måde) spejler de allerede kendte partikler.

Men er det blevet fastslået, at mørkt stof overhovedet består af partikler? Kunne det for eksempel ikke være en kontinuerlig egenskab af selve rummet i nogle regioner? At nogle dele af rummet er buede uden indflydelse af partikler eller bølger. Er alt andet end partikler udelukket?


Også spurgt på https://physics.stackexchange.com/questions/174080/how-do-we-know-dark-matter-isnt-curved-spacetime

Dybest set nej. Eller i det mindste kan du ikke have denne idé og Generel relativitet. GR kræver, at du har noget (stof / energitæthed), der kan forårsage krumning. Krumning uden grund er ikke en del af modellen. Det er ikke at sige, at det, du foreslår, ikke kunne være sandt, men man skulle derefter grøfte GR, som er en rimelig vellykket model (selvom nogle vil hævde, at det mørke stof-problem er en af ​​dets største fiaskoer!).

Jeg tror en masse parameter plads har blevet udelukket for mørkt stof. Vi ved, at det ikke kan være baryonisk ud fra vores forståelse af overflod af urelementer og også fra den måde, hvorpå det interagerer (eller ikke interagerer) med normal stof ved dannelsen af ​​de grundlæggende strukturer i vores univers på de rigtige tidsplaner. De mikrolinseringsundersøgelser, der er blevet udført, udelukker store (mørke stoflegemer (i planetstørrelse og derover) (og sorte huller, brune dværge, kolde hvide dværge osv.), Da disse for at tage højde for hele massen ville producere masser af mikrolensningshændelser, som bliver simpelthen ikke observeret.

En fremragende primer om disse emner er produceret af Garrett & Duda (2011).


Med hensyn til mørkt stof er der to forestillinger, som er forkerte. Den ene er, at mørkt stof er en klump ting, der rejser med sagen. Den anden er, at mørkt stof ikke interagerer med stof.

Mørkt stof fylder 'tomt' rum. Mørkt stof fortrænges af stof.

Mælkevejen bevæger sig igennem og fortrænger det mørke stof.

Mælkevejens glorie er tilstanden for forskydning af det mørke stof.

Forskydningen af ​​det mørke stof er også kendt som deformation af rumtiden.

Mælkevejens glorie er deformationen af ​​rumtiden.

Mørkt stof er den fysiske manifestation af rumtiden.

'Ether og relativitetsteorien af ​​Albert Einstein' http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Extras/Einstein_ether.html

"Tænk på bølger på vandoverfladen. Her kan vi beskrive to helt forskellige ting. Enten kan vi observere, hvordan den undulatory overflade, der danner grænsen mellem vand og luft, ændrer sig i løbet af tiden, eller ellers - ved hjælp af små flyde for eksempel - vi kan observere, hvordan placeringen af ​​de separate vandpartikler ændrer sig i løbet af tiden. Hvis eksistensen af ​​sådanne flyde til at spore bevægelsen af ​​partiklerne i en væske var en grundlæggende umulighed i fysikken - hvis faktisk intet andet, hvad der var observerbart end formen på det rum, der var optaget af vandet, da det varierer i tid, skulle vi ikke have nogen grund til den antagelse, at vand består af bevægelige partikler. Men alligevel kunne vi karakterisere det som et medium. "

hvis der faktisk ikke var noget andet, der kunne observeres end formen på det rum, der er optaget af det mørke stof, da det varierer i tid, skulle vi ikke have nogen grund til den antagelse, at mørkt stof består af bevægelige partikler. Men alligevel kunne vi karakterisere det som et medium med masse, der fortrænges af de partikler af stof, der findes i det, og bevæger sig igennem det.


Er mørkt stof mest & # 8216 mørke atomer & # 8217?

Fysikere mener i øjeblikket, at det meste af det mørke stof i universet består af individuelle partikler, og udfordringen er at finde ud af, hvilken slags partikler det er. Ny forskning vælter imidlertid denne antagelse og siger, at observations- og eksperimentelle data forklares bedre, hvis mørkt stof eksisterer som sammensatte partikler & # 8211 atomer af mørke protoner og mørke elektroner, der påvirkes af det mørke stofs ækvivalent af den elektromagnetiske kraft.

Mørkt stof antages at udgøre mere end 80% af stoffet i universet. Som navnet antyder, afslører mørkt stof sig ikke ved at udsende lys, fordi det ikke interagerer via elektromagnetisme. Dens eksistens udledes i stedet gennem dens tyngdevirkninger på normal materie.

Fysikere og favoritkandidater til mørkt stof er en bred klasse af såkaldte svagt interagerende massive partikler eller WIMP'er, der interagerer via den svage atomkraft. WIMP'er er i tråd med meget af observationsbeviset for mørkt stof, men der er to uregelmæssigheder tilbage. Den ene er det faktum, at WIMP-modeller forudsiger, at mørkt stof burde samle tyngdekraften i alle skalaer, fra galakser ned til meget mindre subgalaktiske strukturer. Dette er imidlertid ikke det, der observeres, og ingen astronomer har fundet nogle mørke stofstrukturer, der er mindre end ca. 400 & # 160 lysår overalt.

Og så er der DAMA

Det andet problem vedrører resultaterne af eksperimenter på Jorden designet til at opdage mørke stofpartikler direkte via deres kollision med kerner af almindeligt stof. Et sådant eksperimentelt samarbejde, DAMA i Gran Sasso-laboratoriet i Italien, har skabt kontrovers ved at hævde at have samlet ekstremt stærke beviser for mørkt stof inde i dets detektor. Desværre kan DAMAs resultater ikke fortolkes som sammenstød af WIMP'er uden at synes at være i modstrid med en række andre eksperimenter rundt om i verden.

Nu siger David Kaplan og kolleger ved Johns Hopkins University i USA, at disse to problemer kunne overvindes, hvis mørkt stof ikke består af individuelle grundlæggende partikler, men i stedet stort set består af sammensatte & # 8220atomer & # 8221. Disse atomer ville være sammensat af det mørke stofsækvivalent med protoner og elektroner bundet sammen af ​​ækvivalenten med den elektromagnetiske kraft og ville være ledsaget af en vis brøkdel af ioniserede atomer & # 8211 med andre ord, frie elektroner og protoner.

Forskerne påpeger, at eksistensen af ​​disse ladede partikler ville have ændret udviklingen af ​​mørkt stof i det tidlige univers. WIMP'er, der ikke er opladet, ville være afkoblet fra normal stråling mindre end 1 & # 160 sekund efter Big Bang, hvorimod det mørke atommateriale med sin ioniserede fraktion ville have været i termisk ligevægt med mørk stråling i de første 20 & # 160 minutter. Universet ville derfor have udvidet til en bestemt størrelse, før tyngdekraften kunne have fundet sted, hvilket dikterede størrelsen på den mindste mørke stofstruktur, som vi ser i dag.

Uelastiske kollisioner

For at forklare uoverensstemmelsen mellem DAMA og andre eksperimenter bygger Kaplan og kolleger på en idé fremsat af Neal Weiner og David Tucker-Smith i 2001. Weiner og Tucker-Smith foreslog, at de kollisioner, der blev opdaget af DAMA, er uelastiske, at en vis kinetisk energi er mistet, fordi partikler med mørkt stof absorberer energi for at blive lidt mere massive ved kollision, og at disse energisparende kollisioner er langt mere tilbøjelige til at forekomme med det relativt tunge natriumiodid i DAMAs detektor end med f.eks. silicium og germanium af hvilken CDMS-detektor i USA er lavet af. Kaplan's gruppe siger på den anden side, at dette energitab kan forklares ved, at de indkommende atomer med mørkt stof hopper op på et energiniveau, når de kolliderer, snarere end på grund af oprettelsen af ​​nye partikler, der postuleres specifikt til dette behandle.

Forskerne indrømmer, at der er en & # 8220spænding & # 8221 inden for deres model, fordi forklaringen på manglende struktur i universet kræver, at en højere brøkdel af mørke atomer skal ioniseres end misforholdet mellem eksperimentelle resultater. Men de siger, at denne forskel kan løses, hvis atomisk og ioniseret mørkt stof antager forskellige glorieformer inden for galakser.

Kaplan & # 8217s kollega Christopher Wells indrømmer, at deres forslag er spekulativt, men at det har den yderligere fordel at bringe mørkt stof mere i tråd med det almindelige stof, som vi er bekendt med. Faktisk siger de, at mørke brintatomer kunne binde til dannelse af brintmolekyler, og at dannelsen af ​​disse molekyler derefter kunne føre til skabelsen af ​​& # 8220mørke stjerner & # 8221 eller andre kompakte genstande. De tilføjer, at interaktionen mellem mørke fotoner og almindelige fotoner kan føre til emissionslinjer i spektrene af kosmiske gammastråler.

Ikke rigtig problemer?

Daniel Hooper, en astrofysiker ved Fermilab i USA, mener ikke, at de problemer, der løses af den atomare mørkestoffsmodel, overhovedet er problemer & # 8211, at problemet med strukturdannelse i det væsentlige er løst, mens DAMA-resultaterne er & # 8220ikke særlig overbevisende & # 8221. & # 8220Det er sagt, & # 8221 tilføjer han, & # 8220til de forskere, der mener, at dette er spørgsmål, der har brug for løsninger, synes den & # 8216atomiske mørke materie & # 8217 idé, der præsenteres her, at løse problemerne ret let. & # 8221


Dark Matter & # 8211 & # 8220May Be Particles From Eon Before the Big Bang & # 8221

& # 8220Hvis mørkt stof virkelig var en rest af Big Bang, skulle forskere i mange tilfælde allerede have set et direkte signal om mørkt stof i forskellige partikelfysiske eksperimenter, & # 8221 siger astrofysiker Tommi Tenkanen ved Johns Hopkins University.

”Vi ved ikke, hvad mørkt stof er, men hvis det har noget at gøre med nogen skalære partikler, kan det være ældre end Big Bang. Med det foreslåede matematiske scenario behøver vi ikke antage nye typer interaktioner mellem synligt og mørkt stof ud over tyngdekraften, som vi allerede ved er der, ”tilføjer Tenkanen.

Selvom denne type mørkt stof er for undvigende til at blive fundet i partikeleksperimenter, kan den afsløre sin tilstedeværelse i astronomiske observationer. Vi lærer mere om oprindelsen af ​​mørkt stof, når ESAs Euclid-satellit lanceres i 2022, der sigter mod at undersøge eonen før Big Bang samt forstå, hvorfor universets udvidelse accelererer, og hvad der er karakteren af kilden, der er ansvarlig for denne acceleration, som fysikere kalder mørk energi.

Fysikere har forestillet sig nye slags stoffer, der spænder fra partikler i planetstørrelse til meget spekulativt liv i mørk materie, i overensstemmelse med de kendte love i universet, men indtil videre er ingen blevet opdaget eller dets eksistens bekræftet. Large Hadron Collider's opdagelse af Higgs-bosonen i 2012 førte til en alt for kort burst af optimisme om, at partikler af mørkt stof snart ville blive opdaget, men indtil videre er der ikke set nogen, og tidligere lovende klasser af partikler er knust.

”Naturen af ​​mørkt stof er et af de største mysterier inden for videnskab, og vi skal bruge alle relaterede nye data til at tackle det,” siger astronom Avi Loeb fra CfA, som ikke var en del af Johns Hopkins-undersøgelsen.

Ved hjælp af en ny, enkel matematisk ramme viser undersøgelsen, at mørkt stof muligvis er blevet produceret før Big Bang i en æra kendt som den kosmiske inflation, da rummet ekspanderede meget hurtigt. Det antages, at den hurtige ekspansion fører til rigelig produktion af visse typer partikler kaldet skalarer. Indtil videre er kun en skalarpartikel blevet opdaget, den berømte Higgs-boson.

Den nye Johns Hopkins University-undersøgelse, der blev offentliggjort den 7. august i Physical Review Letters, præsenterer en ny idé om, hvordan mørkt stof blev født, og hvordan man identificerer det med astronomiske observationer.

& # 8220Undersøgelsen afslørede en ny sammenhæng mellem partikelfysik og astronomi. Hvis mørkt stof består af nye partikler, der blev født før Big Bang, påvirker de måden, hvorpå galakser fordeles på himlen på en unik måde. Denne forbindelse kan bruges til at afsløre deres identitet og drage konklusioner om tiderne før Big Bang, & # 8221 siger Tenkanen, en postdoktor i fysik og astronomi og studiets forfatter.

Selvom der ikke vides meget om dens oprindelse, har astronomer vist, at mørkt stof spiller en afgørende rolle i dannelsen af ​​galakser og galaksehobe. Selvom det ikke direkte kan observeres, ved forskerne, at mørkt stof eksisterer på grund af dets tyngdekraftseffekter på, hvordan synligt stof bevæger sig og fordeles i rummet.

I lang tid troede forskere, at mørkt stof skal være et stof, der er tilbage fra Big Bang. Forskere har længe søgt denne form for mørkt stof, men hidtil har alle eksperimentelle søgninger været mislykkede.

Ved hjælp af en ny, enkel matematisk ramme viser undersøgelsen, at mørkt stof muligvis er produceret før Big Bang i en æra kendt som den kosmiske inflation, da rummet ekspanderede meget hurtigt. Det antages, at den hurtige ekspansion fører til rigelig produktion af visse typer partikler kaldet skalarer. Indtil videre er kun en skalarpartikel blevet opdaget, den berømte Higgs-boson.

Mens ideen om, at mørkt stof eksisterede før Big Bang ikke er nyt, har andre teoretikere ikke været i stand til at komme med beregninger, der understøtter ideen. Den nye undersøgelse viser, at forskere altid har overset det enklest mulige matematiske scenarie for mørk materie og oprindelse, siger han.

Den nye undersøgelse foreslår også en måde at teste oprindelsen af ​​mørkt stof på ved at observere underskrifterne, som mørkt stof efterlader på fordelingen af ​​stof i universet.


Svar og svar

Lad os komme ind i hjertet af dine indlæg, hvilket gælder for, hvordan geometri beskrives i kosmologi. Først og fremmest kan rumgeometri betragtes som en matematisk repræsentation af relationer. Hvad er den matematiske sammenhæng mellem A og B. Har denne relation et interval? en retning? hvor stor indflydelse? og tilnærmet form?
I kosmologi er disse forhold i det væsentlige forholdet mellem tyngdekraften, hvis bidragydere er ikke-baryonisk stof (mørkt stof), baryonisk stof (normal stof), stråling. Disse har tilsammen en positiv energitæthed, der svarer til et positivt tryk via tilstandsligninger.

nu er den kosmologiske konstant, der ofte omtales som mørk energi, også en positiv energitæthed, men dens indflydelse er negativt tryk.

Så deformationerne på en kosmologisk skala er distributionskurven mellem positivt tryk (tyngdekraft) og negativt tryk (kosmologisk konstant.)
Det er rigtigt, at hvert rumvolumen er fyldt med en eller anden form for energitæthed, selvom det er et vakuum. Imidlertid er rummet simpelthen volumenfyldt med energien / massen i universet. I og for sig har rummet ingen andre egenskaber end volumen.

hvis du tænker over det, er bølgefunktionen af ​​elektricitet også en matematisk beskrivende region, mængden af ​​indflydelse og retning af indflydelser, kosmologianvendelser er meget den samme.

Hvilket er præcis, hvad de to første artikler, jeg linkede til, angiver, er ikke tilfældet.

Den anden artikel siger: & quotDer er ikke noget tomt rum i universet. Det intergalaktiske rum er fyldt med mørkt stof. & Quot

Den tredje artikel, jeg henviste til, henviser derefter til & quotdeformation af kontinuerlige medier & quot.

Hvis en anden måde at henvise til deformation af kontinuerligt medie er forskydningstilstanden for det mørke stof, der fylder det 'tomme' rum, er det mørke stofs forskydningstilstand det positive tryk (tyngdekraften).

nej, du fortolker forkert, hvad disse artikler siger. De siger, at vi ikke kan se mørkt stof, de ligger hovedsageligt i hulrummene mellem baryonisk stof.

de peger simpelthen på, at hvad folk tænker på som stof er baryonisk (synligt stof), mørkt stof imidlertid ikke er synligt, og derfor er det, folk ikke betragter som tomt rum. Det er alt, hvad de beskriver

du skal virkelig være forsigtig med popmedielitteratur, de præsenterer ofte begreber i deres beskrivende. Deformation of space forklarede jeg allerede

mørkt stof er den største bidragyder af tyngdekraften på kosmologiske skalaer.

nej du fortolker forkert, hvad disse artikler siger. De siger, at vi ikke kan se mørkt stof, de ligger hovedsageligt i hulrummene mellem baryonisk stof.

de peger simpelthen på, at hvad folk tænker på som stof er baryonisk (synligt stof), men mørkt stof er dog ikke synligt. Det er alt, hvad de beskriver

Du mangler helt artiklenes pointe. Artiklen siger, & quotDer er ikke noget tomt rum i universet. & quot

Du fortolker & quotDer er ikke noget tomt rum i universet & quot da der er tomt rum i universet.

Du mangler helt pointen i dette emne. Pointen med dette emne er at antage, at du er i stand til korrekt forståelse & quotDer er ikke noget tomt rum i universet & quot betyder, at der ikke er noget tomt rum i universet, hvad betyder det så med hensyn til partikler af stofets interaktion med det mørke stof?

Den tredje artikel, jeg sendte, henviser til interaktionen mellem partikler af stof og det mørke stof som & quotdeformationen af ​​kontinuerlige medier & quot.

Det spørgsmål, jeg stiller, er & quotdeformationen af ​​kontinuerlige medier & quot fysiske beviser for buet rumtid?

Er & quotdeformationen af ​​kontinuerlige medier & quot hvad du omtalte som & quotthe positive tryk (tyngdekraft) & quot?

Forsøger at vende tilbage til vores regelmæssigt planlagte programmering.

Forudsat at du er nogen, der læser dette emne, og som er i stand til at forstå & quotDer er ikke noget tomt rum i universet. Det intergalaktiske rum er fyldt med mørkt stof & quot betyder nøjagtigt, hvad der står, hvilket er mørkt stof, fylder det, der ellers ville blive betragtet som 'tomt' rum, hvor den tredje artikel, jeg linkede til, er korrekt, og materien deformerer det mørke stof, er deformationen af ​​det mørke stof fysiske tegn på buet rumtid?

Faktisk siger de tredje artikler: & quot Den relativistiske teori om en æter blev diskuteret flere gange, se f.eks. [8], [9]. I dette papir er vores hypotese anderledes og giver en relativistisk teori om deformation af kontinuerlige medier (som geometrien er beskrevet af det metriske felt). & Quot

Nu, hvis du var i stand til at forstå & quotDer er ikke noget tomt rum i universet. Det intergalaktiske rum er fyldt med mørkt stof & quot betyder nøjagtigt, hvad det siger, det betyder, at mørkt stof fylder, hvad der ellers ville blive betragtet som tomt rum, så kan du muligvis forstå, at den tredje artikel ikke har at gøre med etherteori som & quot [deres] hypotese er anderledes & quot da det refererer til deformation af kontinuerlige medier.

Hvis vi antager, at du var i stand til at forstå, hvad dette emne handler om, så er spørgsmålet, hvis medierne er det mørke stof, der udfylder det 'tomme' rum, er deformationen af ​​det mørke stof fysiske tegn på buet rumtid?

Forsøger at vende tilbage til vores regelmæssigt planlagte programmering.

Forudsat at du er nogen, der læser dette emne, og som er i stand til at forstå & quotDer er ikke noget tomt rum i universet. Det intergalaktiske rum er fyldt med mørkt stof & quot betyder nøjagtigt, hvad der står, hvilket er mørkt stof, fylder det, der ellers ville blive betragtet som 'tomt' rum, hvor den tredje artikel, jeg linkede til, er korrekt, og materien deformerer det mørke stof, er deformationen af ​​det mørke stof fysiske tegn på buet rumtid?

Det er klart, at de mennesker, der har reageret, forstår PRÆCIS hvad du anfægter, og de (og jeg) er uenige i det, fordi det er forkert.

Som Mordred påpegede, er der plads, der ikke har noget mørkt stof i sig.

Det mørke stof 'klumper' er tilstanden for forskydning af det mørke stof.

Mælkevejens glorie er ikke en klump af mørkt stof, der rejser sammen med det stof, Mælkevejen består af. Mælkevejens glorie er tilstanden for forskydning af det mørke stof, det stof Mælkevejen består af bevæger sig igennem og forskydes.

'Forskydning mellem mørkt stof og almindeligt stof: beviser fra en prøve på 38 galakser med klynger'
http://arxiv.org/abs/1004.1475

& quotVores data understøtter stærkt ideen om, at tyngdepotentialet i klynger hovedsageligt skyldes en ikke-baryonisk væske, og ethvert eksotisk felt i tyngdekraftsteorien skal ligne det for CDM-felter meget tæt. & quot

Forskydningen skyldes, at galaksehobene bevæger sig gennem det mørke stof. Analogien er en ubåd, der bevæger sig gennem vandet. Du er under vand. To miles væk fra dig er der mange lys. At bevæge sig mellem dig og lysene en kilometer væk er en ubåd. Ubåden fortrænger vandet. Vandets forskydningstilstand medfører, at midten af ​​linsen af ​​det lys, der spredes gennem vandet, forskydes fra selve ubåden. Forskydningen mellem midten af ​​linsen af ​​lyset, der spredes gennem vandet, der forskydes af ubåden, og centrum af selve ubåden vil forblive den samme, når ubåden bevæger sig gennem vandet. Ubåden fortrænger konstant forskellige områder af vandet. Tilstanden for vandet, der er forbundet med og nærliggende ubåden, forbliver den samme, da ubåden bevæger sig gennem vandet, selvom det ikke er det samme vand, ubåden kontinuerligt fortrænger. Dette er hvad der sker, når galaksehoberne bevæger sig igennem og fortrænger det mørke stof.

'Mælkevejens mørke stofhalo ser ud til at være skæv'
http://arxiv.org/abs/0903.3802

& quotDet nye billede af den asymmetriske halo af mørkt stof understøttes af Lambda CDM-haloer dannet i den kosmologiske N-kropssimulering. & quot

Mælkevejens halo af mørkt stof er skæv på grund af sagen i Mælkevejen, der bevæger sig igennem og fortrænger det mørke stof.

Hvad der i den tredje artikel omtales som deformation af kontinuerlige medier er tilstanden for forskydning af det mørke stof.

Hvis de tre artikler, jeg linkede til, er korrekte, er tilstanden for forskydning af det mørke stof fysiske tegn på buet rumtid?

Hvis Mælkevejens glorie er tilstanden for forskydning af det mørke stof, er Mælkevejens glorie fysisk bevis for buet rumtid?


Nye fund giver incitament til at knække mysterium om mørkt stof

Dette billede af Centaurus A, en af ​​de nærmeste aktive galakser til Jorden, kombinerer data fra observationer i flere frekvensområder. Kredit: ESO / WFI (optisk), MPIfR / ESO / APEX / A. Weiss et al. (submillimeter), NASA / CXC / CfA / R. Kraft et al. (Røntgen)

Forskere fra Rusland, Finland og USA har sat en begrænsning på den teoretiske model af mørke stofpartikler ved at analysere data fra astronomiske observationer af aktive galaktiske kerner. De nye fund giver et yderligere incitament for forskergrupper rundt om i verden, der forsøger at knække mysteriet med mørkt stof: Ingen er helt sikre på, hvad det er lavet af. Papiret blev offentliggjort i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Spørgsmålet om, hvilke partikler der udgør mørkt stof, er et afgørende spørgsmål for moderne partikelfysik. På trods af forventningerne om, at partikler af mørkt stof ville blive opdaget ved Large Hadron Collider, skete dette ikke. En række daværende mainstream-hypoteser om naturen til mørkt stof måtte afvises. Forskellige observationer indikerer, at der findes mørkt stof, men tilsyneladende udgør noget andet end partiklerne i standardmodellen det. Fysikere skal således overveje yderligere muligheder, der er mere komplekse. Standardmodellen skal udvides. Blandt kandidaterne til inklusion er hypotetiske partikler, der kan have masser i området fra 10⁻²⁶ til 10⁺¹⁴ gange massen af ​​elektronen. Det vil sige, at den tungeste spekulerede partikel har en masse på 40 størrelsesordener større end den letteste.

En teoretisk model behandler mørkt stof som består af ultralette partikler. Dette giver en forklaring på adskillige astronomiske observationer. Imidlertid ville sådanne partikler være så lette, at de ville interagere meget svagt med andet stof og lys, hvilket gør dem ekstremt svære at studere. Det er næsten umuligt at få øje på en sådan partikel i et laboratorium, så forskere henvender sig til astronomiske observationer.

”Vi taler om mørke stofpartikler, der er 28 størrelsesordener lettere end elektronen. Denne opfattelse er kritisk vigtig for den model, som vi besluttede at teste. Gravitationsinteraktionen er det, der forråder tilstedeværelsen af ​​mørkt stof. Hvis vi forklarer al den observerede mørke stofmasse i form af ultralette partikler, ville det betyde, at der er et enormt antal af dem. Men med så lette partikler som disse opstår spørgsmålet: Hvordan beskytter vi dem mod at opnå effektiv masse på grund af kvantekorrektioner? Beregninger viser, at et muligt svar ville være, at disse partikler interagerer svagt med fotoner - det vil sige med elektromagnetisk stråling. Dette giver en meget nemmere måde at studere dem på: ved at observere elektromagnetisk stråling i rummet, ”sagde Sergey Troitsky, en medforfatter af papiret og chefforsker ved Institut for Nuklear Forskning ved det Russiske Videnskabsakademi.

Når antallet af partikler er meget højt, i stedet for individuelle partikler, kan du behandle dem som et felt med en vis tæthed, der gennemsyrer universet. Dette felt svinger sammenhængende over domæner, der er i størrelsesordenen 100 parsec i størrelse eller ca. 325 lysår. Det, der bestemmer svingningsperioden, er massen af ​​partiklerne. Hvis den model, der betragtes af forfatterne, er korrekt, bør denne periode være cirka et år. Når polariseret stråling passerer gennem et sådant felt, svinger strålingspolarisationsplanet med samme periode. Hvis der faktisk sker periodiske ændringer som dette, kan astronomiske observationer afsløre dem. Og længden af ​​perioden - et jordisk år - er meget praktisk, fordi mange astronomiske objekter observeres over flere år, hvilket er nok til, at ændringer i polarisering manifesterer sig.

Forfatterne af papiret besluttede at bruge dataene fra jordbaserede radioteleskoper, fordi de vender tilbage til de samme astronomiske objekter mange gange i løbet af en observationscyklus. Sådanne teleskoper kan observere fjerntliggende aktive galaktiske kerner - regioner med overophedet plasma tæt på galaksernes centre. Disse regioner udsender stærkt polariseret stråling. Ved at observere dem kan man spore ændringen i polarisationsvinkel over flere år.

”Først så det ud til, at signalerne fra individuelle astronomiske objekter udviste sinusformede svingninger. Men problemet var, at sinusperioden skal bestemmes af den mørke stofpartikelmasse, hvilket betyder, at den skal være den samme for hvert objekt. Der var 30 objekter i vores prøve. Og det kan være, at nogle af dem svinger på grund af deres egen interne fysik, men alligevel var perioderne aldrig de samme, ”fortsætter Troitsky. ”Dette betyder, at interaktionen mellem vores ultralette partikler og stråling godt kan være begrænset. Vi siger ikke, at sådanne partikler ikke eksisterer, men vi har vist, at de ikke interagerer med fotoner, hvilket lægger en begrænsning på de tilgængelige modeller, der beskriver sammensætningen af ​​mørkt stof. ”

“Forestil dig, hvor spændende det var! Du bruger år på at studere kvasarer, når en dag teoretiske fysikere dukker op, og resultaterne af vores polarisationsmålinger med høj præcision og høj vinkelopløsning er pludselig nyttige til at forstå arten af ​​mørkt stof, ”tilføjer entusiastisk Yuri Kovalev, en medforfatter af undersøgelses- og laboratoriedirektør ved Moskva Institut for Fysik og Teknologi og Lebedev Fysiske Institut ved det Russiske Videnskabsakademi.

I fremtiden planlægger holdet at søge efter manifestationer af hypoteser om tungere partikler af mørkt stof, der er foreslået af andre teoretiske modeller. Dette vil kræve arbejde i forskellige spektrale områder og ved hjælp af andre observationsteknikker. Ifølge Troitsky er begrænsningerne for alternative modeller strengere.

”Lige nu er hele verden involveret i søgen efter mørke stofpartikler. Dette er et af de store mysterier inden for partikelfysik. Fra i dag accepteres ingen model som begunstiget, bedre udviklet eller mere plausibel med hensyn til de tilgængelige eksperimentelle data. Vi er nødt til at teste dem alle. Uhensigtsmæssigt er mørkt stof "mørkt" i den forstand, at det næppe interagerer med noget, især med lys. I nogle scenarier kan det tilsyneladende have en lille effekt på lysbølger, der passerer igennem. Men andre scenarier forudsiger slet ingen interaktioner mellem vores verden og mørkt stof, bortset fra dem, der er medieret af tyngdekraften. Dette ville gøre partiklerne meget svære at finde, ”konkluderer Troitsky.


19 galakser mangler tilsyneladende mørkt stof. Ingen ved hvorfor.

Nitten nyopdagede dværggalakser ser ud til at savne deres mørke stof, og fysikere er ikke sikre på hvorfor.

Mpc755

Mørkt stof er en supersolid, der fylder 'tomt' rum og fortrænges af almindeligt stof.

Det supersolide mørke stof, der er fortrængt af en galakse, skubber tilbage og får stjernerne i de ydre arme i galaksen til at kredse om det galaktiske centrum i den hastighed, de gør.

Forskudt mørkt stof er buet rumtid. Mere korrekt, hvad der geometrisk omtales som buet rumtid fysisk eksisterer som fortrængt mørkt stof. Buet rumtid er en geometrisk gengivelse af tyngdekraften. Fordrevet supersolid mørkt stof er den fysiske manifestation af tyngdekraften.

Det supersolide mørke stof, der fortrænges af kvarkerne Jorden består af, skubber tilbage og udøver pres mod Jorden, er tyngdekraft.

Fordrevet supersolid mørk substans er tyngdekraft.

Årsagen til den fejlagtige opfattelse, at galakser mangler mørkt stof, er at galakserne er så diffuse, at de ikke fortrænger det supersolide mørke stof udad og væk fra det i den grad, at det mørke stof er i stand til at skubbe tilbage og forårsage stjernerne langt væk fra det galaktiske centrum for at fremskynde. Galakserne er for diffuse til at fortrænge det supersolide mørke stof i en sådan grad, at det får lyset til at linse, når det passerer gennem galakserne.

Johnasb

Mercster

Runesmith

Howard Jeffrey Bender

Howard Jeffrey Bender

Howard Jeffrey Bender

Fascinerende artikel, der antyder en virkelig ny idé til at fortolke dannelsen af ​​både unge blå stjerner omkring M110 og det større spørgsmål om oprindelsen af ​​alt. Jeg foregiver ikke at forstå alt, hvad jeg burde, men jeg er lidt bekymret over den store vægt på involvering af Dark Matter. Kyle Oman og kolleger ("Manglende mørkt stof i dværggalakser?", Https://arxiv.org/pdf/1601.01026.pdf) fandt dværggalakser, der tilsyneladende dannede sig uden mørkt stof. Hvordan ville du forklare det? Jeg troede også, at String Theory antyder, at alle partikler og stråling har vibrerende strenge som basis, men foreslår du ikke noget mindre, der genererer partikler og energi? Og som du måske har set, har jeg en anden romanidee, der er afhængig af strengteori-braner som centre for galakser snarere end sorte huller, og min forklaring viser, hvordan unge blå stjerner ville dannes nær disse centre fra strenge, der dukker op via en type af Hawking-stråling. As you probably know, such young blue stars have been found by HST at the center of Andromeda and (probably) at the center of the Milky Way.

Our ideas may not be that far apart. I'll have to re-read your article at least once to try for a better understanding.


Could Particles be just distortions in Space?

Can anyone tell me if the unification of Matter and Space has been dismissed?

Since I started thinking about this I have seen another amateur Physicist publish a similar idea but despite several web searches I can’t find anyone taking it seriously. I suspect this means it has already been dismissed, but I’d like to know either way.

This is my way of putting it:

Suppose matter (including photons and other zero rest mass “particles”) is just knots or kinks in space. Further suppose that the properties of different particles are simply the result of different shapes, sizes, spins etc of these knots or kinks. The knots/kinks can propagate through space as waves on space itself.

If there are enough knots/kinks close together in space then could the combined pinching effect be responsible for General Relativistic space distortion?

If there are extra dimensions other than the 4 we experience then perhaps the knots/kinks could have an expression in some of the other dimensions as well.

An analogy commonly used for the benefit of lay people like me is “imagine these extra dimensions being flat, like the inside of a straw”.

Well, pushing this analogy a bit, if you imagine two knots/kinks moving on the inside of a bent straw. If one knot/kink is catching up with the other one then as they approach each other the local distortion of the straw would affect the path taken by the 2 knots/kinks more significantly than the over all bending of the straw.

The idea being that the bending of the straw represents gravity, and the local pinching inside the straw some other force (strong nuclear force say).


Dark matter could predate Big Bang, says new study

Dark matter is already one of the oddest and biggest mysteries in the universe. However, a new study out of Johns Hopkins University is putting an even bigger cloud over it. The study outlines a new theory that dark matter may have actually predated the Big Bang and offers methods to identify it with astronomical observations.

Credit: Wikimedia Commons.

“The study revealed a new connection between particle physics and astronomy. If dark matter consists of new particles that were born before the Big Bang, they affect the way galaxies are distributed in the sky in a unique way,” says Tommi Tenkanen, a postdoctoral fellow in Physics and Astronomy at Johns Hopkins and the study’s author. “This connection may be used to reveal their identity and make conclusions about the times before the Big Bang too,”

Previously, dark matter was thought to have arisen from the Big Bang like regular matter and that dark matter must be just leftovers. However, the paper — published in Fysiske gennemgangsbreve — says maybe not so much.

While not much is known about dark matter’s origins, astronomers have shown that it plays a crucial role in the formation of galaxies and galaxy clusters. Though not directly observable, scientists know dark matter exists by its gravitation effects on how visible matter behaves and is distributed in space.

The study shows that dark matter — which is believed to make up 80 percent of the matter in the universe — might have been produced prior the Big Bang during a point in time known as the cosmic inflation when space was expanding very rapidly. The rapid expansion is believed to lead to copious production of certain types of particles called scalars. But so far, only one scalar particle has ever been found, the infamous Higgs boson.

While the idea that dark matter existed before the Big Bang is not new, other theorists have not been able to come up with calculations that support the idea.

The new study shows that researchers have always overlooked the simplest possible mathematical scenario for dark matter’s origins. The new report offers up a way to test the origin of dark matter by observing the signatures it leaves on the allocation of matter in the universe.

“While this type of dark matter is too elusive to be found in particle experiments, it can reveal its presence in astronomical observations,” said Tenkanen. “We will soon learn more about the origin of dark matter when the Euclid satellite is launched in 2022. It’s going to be very exciting to see what it will reveal about dark matter and if its findings can be used to peak into the times before the Big Bang.”

Jordan Strickler

A space nerd and self-described grammar freak (all his Twitter posts are complete sentences), he loves learning about the unknown and figures that if he isn’t smart enough to send satellites to space, he can at least write about it. Twitter: @JordanS1981

Follow ZME on social media

© 2007-2019 ZME Science - Not exactly rocket science. Alle rettigheder forbeholdes.

© 2007-2019 ZME Science - Not exactly rocket science. Alle rettigheder forbeholdes.


What We Still Don’t Know About Dark Matter

The overdense regions from the early Universe grow and grow over time, but are limited in their . [+] growth by both the initial small sizes of the overdensities and also by the presence of radiation that's still energetic, which prevents structure from growing any faster. It takes tens-to-hundreds of millions of years to form the first stars clumps of matter exist long before that, however.

When we look out at the Universe, we have two general ways to try and make sense of what’s out there. The first is by looking directly at the light emitted and absorbed by matter in the Universe: through direct astronomical observations. But the second is to use the laws of gravity — and the effect that matter and energy have on the curvature of space — to try and reconstruct how much mass must be present in a particular physical system. One of the biggest puzzles of modern astrophysics is that these two independent methods, which both measure the same Universe, don’t match up.

For some reason, everything that emits or absorbs light, from stars to black holes to planets to gas to dust to plasma and more, only adds up to about 15% of the total amount of matter that gravitation tells us must be there. On large, cosmic scales, the structures that form and bend light have a gravitational effect that’s about six times as large as all the normal matter that’s out there can provide. The rest? We call it “dark matter,” and while the evidence for it is overwhelming, there’s still an awful lot we don’t know about it at all.

According to models and simulations, all galaxies should be embedded in dark matter halos, whose . [+] densities peak at the galactic centers. On long enough timescales, of perhaps a billion years, a single dark matter particle from the outskirts of the halo will complete one orbit. The effects of gas, feedback, star formation, supernovae, and radiation all complicate this environment, making it extremely difficult to extract universal dark matter predictions, but the biggest problem may be that the cuspy centers predicted by simulations are nothing more than numerical artifacts.

NASA, ESA, AND T. BROWN AND J. TUMLINSON (STSCI)

Astrophysically, there’s an enormous suite of indirect evidence that supports the existence of dark matter. On the scales of individual galaxies, the spirals rotate faster towards the outskirts than the detectable matter in their disks would indicate. The smaller-mass galaxies have an even larger than 6-to-1 gravity-to-matter ratio, indicated that the normal matter but not the dark matter is ejected by episodes of star formation. And the gravitational effects on satellite galaxies and neighboring galaxies indicates not only the presence of additional mass, but its distribution in a large-scale halo that goes far beyond the physical extent of stars, gas, and dust.

On even larger cosmic scales, the effect of dark matter unambiguously appears in gravitational lensing: where the total amount of mass bends and distorts background starlight. It appears in galaxy clusters, and is required for galaxies to move around internally at the observed speeds without flying off. It’s required to explain the features we see in the large-scale structure of the Universe, including in the cosmic web. We see its imprint in the cosmic microwave background, and we cannot explain the physics of colliding galaxy clusters without it.

Der er kun en anden planet i vores galakse, der kunne være jordlignende, siger forskere

29 Intelligente fremmede civilisationer har måske allerede set os, siger forskere

Explained: Why This Week’s ‘Strawberry Moon’ Will Be So Low, So Late And So Luminous

These four colliding galaxy clusters are presented with optical data, as well as X-ray data (in . [+] pink) and gravitational lensing data that enables mass reconstruction (in blue). If the normal matter were responsible for the entirety of the mass, the pink and blue regions would line up if dark matter is real, these will separate during collisions.

X-ray: NASA/CXC/UVic./A.Mahdavi et al. Optical/Lensing: CFHT/UVic./A. Mahdavi et al. (top left) X-ray: NASA/CXC/UCDavis/W.Dawson et al. Optical: NASA/ STScI/UCDavis/ W.Dawson et al. (top right) ESA/XMM-Newton/F. Gastaldello (INAF/ IASF, Milano, Italy)/CFHTLS (bottom left) X-ray: NASA, ESA, CXC, M. Bradac (University of California, Santa Barbara), and S. Allen (Stanford University) (bottom right)

There’s a lot we can learn about dark matter from these indirect measurements alone. We can learn that dark matter behaves as though it has mass, but doesn’t emit or absorb light it can only bend it through its gravitational effects on spacetime. It’s not actually dark it’s rather transparent, as it doesn’t have a color at all. It has no way — to the best of our knowledge — of collapsing to form compact objects, as it doesn’t appear to collide with matter or dissipate energy or lose angular momentum. As a result, it remains in a fluffy, diffuse halo at all scales, extending far beyond the typical locations of normal matter.

The necessity for the existence of a new type of matter is supported by an enormous suite of indirect measurements, which rule out the notion that “unseen” normal matter could be responsible, that any of the known particles of the Standard Model could be responsible, or that our astronomical measurements could be in error. Either something extraordinary is wrong in a very conspiratorial way with our understanding of the Universe, or the dominant form of matter in the Universe has yet to be directly discovered. And oh, are we trying.

A galaxy that was governed by normal matter alone (L) would display much lower rotational speeds in . [+] the outskirts than towards the center, similar to how planets in the Solar System move. However, observations indicate that rotational speeds are largely independent of radius (R) from the galactic center, leading to the inference that a large amount of invisible, or dark, matter must be present. What isn't greatly appreciated is that without dark matter, life as we know it would not exist.

WIKIMEDIA COMMONS USER INGO BERG/FORBES/E. SIEGEL

Although the first observations suggesting the existence of dark matter were largely ignored — way back in 1933, as the speeds of individual galaxies within a cluster of galaxies were too great to be explained by the observed matter — the evidence in favor of it was substantial and compelling by the 1970s. As a result of these astronomical indicators, a number of theoretical developments ensued, putting forth proposed mechanisms that would create copious amounts of new, exotic particles that behaved as dark matter does, without conflicting with existing particle physics constraints.

A class of candidate particles called WIMPs emerged, which wouldn’t interact through the strong or electromagnetic forces, but could experience either the weak force (although at a weaker level than neutrinos) or a novel interaction that only occurred rarely: “weak” in the colloquial sense. Other candidate particles — sterile neutrinos, ultra-low-mass axions, even ultra-massive particles known as WIMPzillas — also emerged. Yet, despite an enormous suite of experiments that have followed, there are no compelling, sufficiently significant results that can be called a positive detection of any of these candidates.

Hall B of LNGS with XENON installations, with the detector installed inside the large water shield. . [+] If there's any non-zero cross section between dark matter and normal matter, not only will an experiment like this have a chance at detecting dark matter directly, but there's a chance that dark matter will eventually interact with your human body.

Despite the overwhelming evidence that:

  • some new form of matter ought to exist,
  • it must interact gravitationally,
  • it must not interact with light in any (hitherto measurable) way,
  • it must not interact with normal matter in any (thus far detectable) way,
  • and that new matter must have been moving very slow compared to the speed of light even very early on in the aftermath of the Big Bang (to explain the observations in the cosmic microwave background, for example),

the nature of what’s behind “dark matter” is still completely obscure to us.

That is to say, despite all that we’ve learned about what dark matter must do (and not do) in the Universe, and despite the enormous number of puzzles that adding one simple ingredient to the Universe (cold dark matter) solves, there are still an enormous number of properties that dark matter possesses that are unknown. In the absence of definitive knowledge, it’s important to keep our minds open as to what dark matter could possibly be. Here are some of the biggest current mysteries.

Our galaxy is thought to be embedded in an enormous, diffuse dark matter halo, indicating that there . [+] must be dark matter surrounding everything from our solar system to nearby dwarf galaxies. This halo consists of a mix of 'dark baryons,' which represent normal matter at high temperatures, as well as non-baryonic dark matter which comprises the majority (5/6ths) of the total galactic mass.

Robert Caldwell & Marc Kamionkowski Nature 458, 587-589 (2009)

We don’t know the mass or number density of dark matter particles in the Universe. Is dark matter light, and are there an extraordinarily large number of dark matter particles? Is dark matter heavy, and are there only a comparatively small number of dark matter particles? All we know, when it comes to dark matter, is the total mass density that’s out there. We have no idea how many particles there are or what their masses are. For all we know, dark matter could even be a fluid, rather than particles like we assume.

We don’t know whether dark matter is all made of the same “stuff,” or whether there are multiple flavors of dark matter out there. Is there only one type of “species” responsible for dark matter? It’s the simplest assumption: that there’s only one new component of matter out there, and that’s what we’re missing. But there could be multiple unknowns out there in the cosmos, and multiple contributions to solving the dark matter puzzle. As it stands today, neutrinos make up a small fraction of dark matter (about 1%), and non-luminous normal matter contributes as well. Perhaps the non-normal dark matter is rich and varied as well.

The colliding galaxy cluster "El Gordo," the largest one known in the observable Universe, showing . [+] the same evidence of dark matter and normal matter as other colliding clusters. There is practically no room for antimatter, severely constraining the possibility of its presence in our Universe, while the gravitational signal is clearly misaligned with the presence of the normal matter, which is heated and emits X-rays. However, dark matter and dark antimatter can both exist, so long as they only annihilate below a certain threshold.

NASA, ESA, J. Jee (Univ. of California, Davis), J. Hughes (Rutgers Univ.), F. Menanteau (Rutgers Univ. & Univ. of Illinois, Urbana-Champaign), C. Sifon (Leiden Obs.), R. Mandelbum (Carnegie Mellon Univ.), L. Barrientos (Univ. Catolica de Chile), and K. Ng (Univ. of California, Davis)

We don’t know what type of particle dark matter is, and whether there’s dark antimatter as well. All the particles we know of come in two varieties: fermions (like electrons or neutrinos, which have spins that only come in half-integer values) and bosons (which has spins that come only in integer values). If dark matter is made of bosons, then dark matter is just made of that “stuff” and those particles behave as their own antiparticles. But if it’s made of fermions, then there are antiparticle counterparts to it, and then “dark antimatter” will be a real thing. Both possibilities are still in play.

We don’t know whether dark matter interacts with itself in a non-gravitational way. Our models and simulations of dark matter are based on a simple assumption that’s consistent with all our observations: that dark matter, once it’s created, only interacts gravitationally. But it’s possible that dark matter might not only interact (albeit very weakly) with normal matter, but possibly also with itself. This could be through the weak force, but it could also be through a dark-matter-only interaction that would be evidence for a new force. Some argue that the poor fits the simplest non-interacting cold dark matter models give for actual galactic halos supports this hypothesis.

There are many experiments today that are searching for interactions between dark matter particles . [+] and normal matter particles. However, they're only sensitive to particular energies of the collision and particular cross-sections. If dark matter has interactions below these thresholds, or with itself alone and not with normal matter, these experiments will miss them.

Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube

We don’t know whether there are “dark atoms” or any other complex “dark structures” in the Universe. Imagine that we had no way of interacting with the electromagnetic force at all, and couldn’t observe light or normal matter the way we conventionally do. What would we conclude about normal matter? Would we incorrectly assume it was “all the same stuff,” like we do for dark matter? It’s just as plausible that there are many types of dark matter, with their own rich dark sector: dark forces, dark interactions, and even dark structures. Although we have constraints on what can form, they’re not particularly meaningful they only rule out structures that are collapsed and have shed large amounts of angular momentum and energy. Everything else is still in play.

We don’t know how to detect “dark signals” that can emerge from real astrophysical processes. Imagine that you have a black hole it’s not just normal matter that can fall into it, but dark matter as well. Infalling dark matter will get accelerated to relativistic speeds, will emit gravitational radiation, and could, in principle, affect both normal matter and emit other types of radiation as energy is lost. But without knowing the particle properties of dark matter, we cannot predict what they are. All we can do is look with our current detectors, which don’t yield observable signatures. There are limits, and below those, only a myriad of possibilities.

This artist's impression depicts a rapidly spinning supermassive black hole surrounded by an . [+] accretion disc. This thin disc of rotating material is composed of normal matter, which exhibits copious electromagnetic interactions. In principle, dark matter should fall into black holes as well, and gives off gravitational radiation as well as other possible signals as well. All we have today are constraints.

ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesser

There are some tantalizing signals that the optimists among us point to as possible hints of dark matter, but they could also arise from more mundane physical phenomena: phenomena that don’t require any novel physics at all. A few months ago, the XENON experiment announced a signal that could be due to a form of light dark matter, one of the most compelling “bumps” in the data ever extracted. But it could also be to a mundane source like contamination with tritium, which would be fascinating, but wouldn’t teach us anything about dark matter.

The Alpha Magnetic Spectrometer experiment aboard the ISS has seen an excess of positrons with a cutoff in its spectrum, which could arise from dark matter, but could also arise from astrophysical sources (like pulsars) within our galaxy.

The DAMA experiment sees an annual modulation in their data which could be attributable to dark matter, but the experiment itself engages in some very suspicious, poorly controlled practices, and has not been sufficiently reproduced.

And there is an excess of gamma-rays from the galactic center, long hoped to be a signal of annihilating dark matter. But a recent study appears to have dashed those hopes, pointing instead to high-energy astrophysical sources. Unfortunately, these “clues” that could point to dark matter could also all point to something other than dark matter just as easily.

This image of the galactic center represents high-energy (gamma-ray) radiation, as imaged by NASA's . [+] Fermi Telescope. A scenario attributing this radiation to the annihilation of weakly interacting massive particles (WIMPs) was once tantalizing, but now appears to be almost entirely ruled out.

Oscar Macias for UCI / NASA's Fermi mission

Without any additional signals beyond what its gravitational properties tell us, it’s easy to take the most conservative route possible and to assume that dark matter is all the same type of particle, interacting through the gravitational force alone. But that’s an enormous presumption on our part: why would the dark matter sector, which we know virtually nothing about, abide by the simplest realistic scenario that we can imagine? All we have are constraints on what it cannot be we know almost nothing about what dark matter truly is.

Is it made of a large number of very low-mass particles, a small number of very high-mass particles, or some combination of multiple species of particles? Is there dark matter and dark antimatter? Does it interact with itself or with normal matter through any force other than gravity? Does it form structures through a dark-matter-only force, or possibly even more than one force? We’ve only been certain of dark matter’s existence for a few decades, and other than its total density and cold nature, we know almost nothing about it.

In the face of a great cosmic unknown such as this, it’s vital to keep an open mind to what remains possible. It’s important to remember that the Universe has surprised us before, and is likely to surprise us again before all is said and done.


Astronomers Identify a Signature of Dark Matter Annihilation

A false-color image of the anomalous gamma-ray emission from the central region of the Milky Way galaxy this emission is suspected of coming from dark matter annihilation. In this image, the emission from conventional sources has been subtracted from the total. The region covers roughly five degrees the brightest emission is colored red and faintest blue.

By studying the spatial distribution of gamma-ray emission in the Milky Way, astronomers believe they have identified a signature of dark matter annihilation.

We live in a dramatic epoch of astrophysics. Breakthrough discoveries like exoplanets, gravity waves from merging black holes, or cosmic acceleration seem to arrive every decade, or even more often. But perhaps no discovery was more unexpected, mysterious, and challenging to our grasp of the “known universe” than the recognition that the vast majority of matter in the universe cannot be directly seen. This matter is dubbed “dark matter,” and its nature is unknown. According to the latest results from the Planck satellite, a mere 4.9% of the universe is made of ordinary matter (that is, matter composed of atoms or their constituents). The rest is dark matter, and it has been firmly detected via its gravitational influence on stars and other normal matter. Dark energy is a separate constituent.

Understanding this ubiquitous yet mysterious substance is a prime goal of modern astrophysics. Some astronomers have speculated that dark matter might have another property besides gravity in common with ordinary matter: It might come in two flavors, matter and anti-matter, that annihilate and emit high energy radiation when coming into contact. The leading class of particles in this category are called weakly interacting massive particles (WIMPS). If dark matter annihilation does occur, the range of options for the theoretical nature of dark matter would be considerably narrowed.

CfA astronomer Doug Finkbeiner and a team of colleagues claim to have identified just such a signature of dark matter annihilation. They studied the spatial distribution of gamma-ray emission in the Milky Way, in particular gamma-ray emission from the Galactic Center region. This region is both relatively nearby and has a high matter density (and nominally a high dark matter density as well). If dark matter annihilation occurred, the location would be expected to be bright in gamma-rays. Indeed, a large gamma-ray signature has been seen from the area that extends over hundreds of light-years (there is also fainter emission extending outward for thousands of light-years). There are other possible explanations, however, most notably that the gamma-rays result from a large population of rapidly spinning pulsars, the nuclear ashes of some supernovae.

The scientists revisited the set of previously published gamma-ray observations, applying careful new data reduction methods in order to constrain more precisely the location of the emission, and they did so for each of the several observed energy regimes of the gamma-ray emission. Pulsars have a distinctive spatial distribution: they are located where stars are found, predominantly in the plane of the galaxy. The team was able to show with high significance that the distribution of gamma-ray emission is in good agreement with the predictions of simple annihilating dark matter models, but less likely to be consistent with a pulsar explanation. Their result, if confirmed, would be an impressive breakthrough in the understanding of the nature of dark matter, the dominant constituent of the cosmos.


Se videoen: Reporter på Videnskabens verden på DR P1, Louisa Field er 2 km under jorden.. (December 2022).