【最新研究】研究人員發現,中子星周圍1千億特斯拉的磁場讓暗物質原形畢露

天空之城 2020/11/23 檢舉 我要評論

根據理論預測,「軸子暗物質」在接近中子星周圍的強磁場時,可能會轉化為射頻電磁輻射。這種無線電信號,其特徵將是一個非常尖的光譜峰,其頻率取決於所討論的軸子暗物質粒子的質量,可以用高精度天文儀器檢測到。

密西根大學、伊利諾大學香檳分校和世界各地其他研究所的研究人員最近在綠河岸望遠鏡(GBT)和埃費爾斯伯格望遠鏡收集的資料中,對這種軸離子暗物質轉換的痕跡進行了搜索。他們的研究是基於之前的研究成果和理論預測,最新的一篇論文發表於2018年。

」我們在早期的工作中提出了這個想法,即軸子暗物質可能在中子星周圍的強磁場中轉化為窄帶無線電。「研究人員薩夫迪說。然而,這些較早的工作都是純理論的,並且望遠鏡資料中夾雜著很多干擾噪音,可以理解的是,人們對這種搜索的可行性存在一些懷疑。

為了進行研究,薩夫迪和他的同事們首先用射電望遠鏡收集了大量相關資料。他們使用綠河岸望遠鏡和埃費爾斯伯格射電望遠鏡收集這些資料,這是世界上最大的兩個射電望遠鏡,分別位於西維吉尼亞(美國)和德國。

研究人員將這兩台望遠鏡對準了銀河系和其他附近星系中的各種目標。這些區域包括相當接近太陽的中子星,以及天空中已知擁有大量中子星的其他區域(例如,朝向銀河系中心的區域)。然後,他們記錄了該望遠鏡在一定頻率范圍內測量的功率。與軸子暗物質轉換相關的信號會導致單頻通道的功率過剩。

研究人員還開發並實施了新穎而複雜的資料獲取和分析技術,以便從混雜的背景中分離出假定的軸子信號。他們的搜尋工作就像大海撈針,通過數百萬個不同的‘頻率頻道’收集能量,但這個軸星只會在其中一個頻道顯示出多餘的能量,目前還不知道是哪個頻道。

在射電望遠鏡資料中尋找軸子暗物質轉換特徵的一個關鍵挑戰是誤導信號。事實上,地球的背景(例如無線電通訊、微波爐和地球上其他設備發出的信號)或其他天體物理現象發出的信號可能會被誤認為中子星磁珠中軸子暗物質轉換的信號。

為了應對這一挑戰,並確保他們不會將其他信號誤認為是軸子暗物質轉換無線電信號,薩夫迪和他的同事們採用了一系列策略。例如,真正的軸子暗物質轉換信號只能在特定時間在望遠鏡所觀測的區域被探測到。

研究人員還採用了複雜的資料分析技術,從資料本身中過濾和‘學習’背景的屬性。將所有這些技術結合在一起,能夠收集和分析資料,並得出結論,沒有證據表明軸子存在於資料中。但這意味著我們現在已經開發並演示了一個可以在未來研究中使用的觀察和分析框架,這就是這篇論文的主要意義。

目前,軸子是最有希望的暗物質候選者之一,因此世界各地無數的研究團隊都在嘗試探測它們。如華盛頓大學和世界其他大學進行的軸子暗物質實驗(ADMX),迄今為止已經取得了最有希望的結果。

基於射電望遠鏡資料的搜索對於尋找軸子暗物質同樣有價值。有趣的是,他們所進行的搜尋是基於一些與實驗室實驗相同的基本原理,這些實驗被稱為「光度計」。

光度計是一種利用實驗室大磁場將軸子暗物質轉換為可觀測電磁信號的實驗策略。根據理論預測,在這些磁場存在的情況下,軸子會轉化為電磁輻射,而電磁輻射的程度會隨著磁場的大小而變化(即磁場越大,軸子的電磁信號越大)。

先進的實驗室實驗(比如ADMX實驗)利用接近10特斯拉的磁場(現代MRI機器的磁場強度通常約為1特斯拉)。另一方面,中子星可以擁有相當於1000億特斯拉的磁場。此外,磁場在中子星周圍延伸了數百公里,而實驗室實驗可能只能維持一米多的范圍。

內容未完結點擊第2頁繼續瀏覽
用戶評論
搶先看最新趣聞請贊下麵專頁
你可能會喜歡