_ Tehnica pentru detectarea meteorilor ar putea fi folosită pentru a găsi particule de materie întunecată care intră în atmosferă

Cercetătorii de la Universitatea de Stat din Ohio au venit cu o nouă metodă de detectare a materiei întunecate, bazată pe tehnologia existentă de detectare a meteorilor. Folosind un radar de la sol pentru a căuta trasee de ionizare, similare cu cele produse de meteori în timp ce trec prin aer, ei speră să folosească atmosfera Pământului ca detector de particule de dimensiuni superioare. Rezultatele experimentelor care utilizează această tehnică i-ar ajuta pe cercetători să restrângă gama de caracteristici posibile ale particulelor de materie întunecată.

Existența materiei întunecate este destul de bine acceptată de fizicienii de masă. De când Lordul Kelvin a calculat că masa tuturor stelelor din galaxia Calea Lactee era mult mai mică decât masa galaxiei în sine, știm că mare parte din materia din univers nu ne este vizibilă. Pe măsură ce tehnologia s-a îmbunătățit, am învățat cum să detectăm lucruri care au fost ascunse de telescoapele cu lumină vizibilă, dar încă nu putem explica toată materia lipsă. Numim acest material lipsă „materie întunecată”, iar estimările actuale spun că 85% din masa universului este făcută din materie întunecată. Majoritatea fizicienilor cred acum că materia întunecată este formată dintr-o particulă încă nedescoperită.

Dr. John Beacom de la Universitatea de Stat din Ohio a propus un experiment pentru a determina caracteristicile acestei particule. El vrea să adapteze tehnologia radar folosită pentru a detecta și măsura meteorii în timp ce aceștia străbat atmosferă, folosind-o pentru a căuta dungi similare care ar putea indica o particulă de materie întunecată care se ciocnește cu moleculele de aer. Această tehnică folosește stații radar de la sol pentru a detecta și măsura traseele de ionizare prin atmosfera superioară.

Când un meteoroid intră în atmosfera Pământului, acesta trece prin aer mai repede decât aerul însuși poate ieși din atmosfera Pământului. cale. Acest lucru face ca aerul din fața meteorului să se comprime și să devină atât de fierbinte încât se ionizează - moleculele individuale de aer se ciocnesc între ele atât de tare încât pierd electroni. Aerul ionizat nu numai că strălucește, dar este opac la undele radio. Acest lucru face ca semnalele radar să se reflecte înapoi pe pământ, permițând detectarea meteorilor chiar și în timpul zilei.

Fizicienii teoreticieni au calculat caracteristicile fizice pe care le-ar putea avea particulele de materie întunecată. Din păcate, deoarece cele mai multe dintre ceea ce știm despre aceste particule este că interacționează slab cu materia normală (până acum am detectat-o ​​doar prin influența gravitațională a acesteia), aceasta lasă o gamă largă de posibilități. Dr. Beacom subliniază că, dacă particulele de materie întunecată se încadrează în capătul mai mare și mai greu al gamei de posibilități, atunci ele ar interacționa mai ușor cu materia „normală”, deși aceste interacțiuni ar fi încă rare.

„Unul dintre motivele pentru care materia întunecată este atât de greu de detectat ar putea fi faptul că particulele sunt atât de masive”, a spus Beacom. „Dacă masa de materie întunecată este mică, atunci particulele sunt obișnuite, dar dacă masa este mare, particulele sunt rare.”

Dacă aceste particule sunt mari, atunci detectoarele tradiționale de la sol ar putea să nu existe niciodată. vezi-le, deoarece particulele sunt absorbite de atmosfera Pământului. Dar dacă se întâmplă acest lucru, atunci ar trebui să aibă suficientă energie pentru a produce o urmă de ionizare, similară cu ceea ce vedem cu meteorii. Instalațiile radar de detectare a meteorilor ar putea fi, prin urmare, adaptate pentru a căuta și particule de materie întunecată, transformând, în esență, întreaga atmosferă a Pământului într-un detector de particule gigant.

Existența materiei întunecate a fost prezisă pentru prima dată în 1884 de Lord Kelvin. El a calculat masa galaxiei Calea Lactee, pe baza vitezei cu care se rotește și a descoperit că trebuie să fie semnificativ mai grea decât stelele vizibile combinate. El a teoretizat că cea mai mare parte a masei galaxiei trebuie să fie făcută din material „întunecat” – lucruri care nu puteau fi văzute cu telescoapele vremii. Cu toate acestea, majoritatea oamenilor de știință au presupus că acest lucru însemna că vor exista o mulțime de gaze reci, praf, exoplanete și alte obiecte care nu strălucesc cu propria lor lumină. Expresia „materie întunecată” a fost folosită pentru prima dată pentru a descrie aceste lucruri într-un articol francez în 1906.

De atunci au apărut multe alte dovezi: Fritz Zwicky a observat în anii 1930 că galaxiile din clusterul Coma se mișcă ca și cum întregul grup ar fi de 400 de ori mai greu decât masa totală a tuturor membrilor săi vizibili. Primii radioastronomi din anii 1960 au văzut că galaxiile spirale se învârt mult prea repede în jurul marginilor lor - ar trebui pur și simplu să se despartă, cu excepția cazului în care există o sursă suplimentară de gravitație care să le țină împreună. Vera Rubin, Kent Ford și Ken Freeman au făcut aceeași descoperire la scurt timp după, folosind spectrografe nou îmbunătățite pentru a măsura curba de rotație a galaxiilor în lumină vizibilă. Și o serie de observații cosmologice profunde din anii 1980 au detectat lentile gravitaționale și anizotropii în radiația cosmică de fond cu microunde (CMBR), adăugând dovezi pentru existența materiei întunecate.

De remarcat este că nimeni nu știe încă. dacă particulele de materie întunecată vor produce de fapt aceste urme de ionizare. Detectoarele construite folosind această tehnică s-ar putea să nu vadă niciodată nimic. Dar fie rezultatul, fie detecții, fie fără detecții, ar fi un lucru bun. Într-un fel sau altul, un experiment care utilizează această tehnică de detectare va răspunde la întrebarea: „Sunt particulele de materie întunecată mari, grele și rare? Sau sunt mici, ușoare și numeroase?”

Cercetarea este publicată pe serverul arXiv preprint.

(Fluierul)