Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Nawigacja Nawigacja

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

„Podsłuchiwanie” ciemnej materii

„Podsłuchiwanie” ciemnej materii

W najnowszym numerze prestiżowej publikacji „Nature Astronomy” zespół naukowców z różnych jednostek badawczych na świecie przedstawia swoje wyniki na temat poszukiwania cząstek ciemnej materii. Jednym ze współautorów tego artykułu jest dr hab. Szymon Pustelny z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ, który dzisiaj opowiada nam, w czym tkwi sedno „podsłuchiwania” ciemnej materii i dlaczego jest to tak ważne dla naukowców.

Współczesna nauka, mimo jej olbrzymich sukcesów, skrywa wciąż wiele tajemnic. Jedną z tych najważniejszych jest problem tzw. ciemnej materii. Okazuje się bowiem, że oprócz zwyczajnej materii, która buduje gwiazdy, planety, czy pył międzygwiezdny, Wszechświat zdaje się wypełniać zupełnie inna, niedostępna dla „oka”, materia. Mało tego! Tej ciemnej materii jest blisko cztery razy więcej niż tej zwyczajnej… i tu pojawia się poważny problem.

Wszystkie informacje, które czerpiemy o ciemnej materii, pochodzą z pomiarów pośrednich. Wydaje się, że to właśnie i ona odpowiedzialna jest za wiele innych: od przewidywanego ruch galaktyk, zakrzywiania promieni świetlnych w pozornie pustej przestrzeni, po pewne fluktuacje w promieniowaniu reliktowym, będącym pozostałością po wczesnym Wszechświecie. Niestety wszystkie podejmowane do tej pory próby bezpośredniego wykrycia ciemnej materii zakończyły się niepowodzeniem. Powodów może być wiele, zaś jednym z nich np. natura sygnałów wywoływanych przez ciemną materię. Dlatego też kilka lat temu zaproponowaliśmy stworzenie sieci czujników rozmieszczonych w dużej odległości. Mogły być one bowiem czułe na sygnały, które w przypadku pojedynczych sensorów nie dałyby się jednoznacznie interpretować.

Kataklizmy astronomiczne takie jak wybuch supernowej, czy zderzenia czarnych dziur, mogą być źródłem bardzo ważnych informacji o Wszechświecie. Przykładowo, to właśnie zderzenia dwóch czarnych dziur pozwoliły na pierwsze obserwacje fal grawitacyjnych i potwierdzenie blisko stuletnich przewidywań Ogólnej Teorii Względności. Co istotne, zderzenia czarnych dziur, czy gwiazd neutronowych, nie tylko mogą być źródłem fal grawitacyjnych, ale również mogą powodować „wystrzelenie” w przestrzeń międzygwiezdną strumieni cząstek. Szereg modeli teoretycznych przewiduje, że mogą wśród tych cząstek mogą być również te, należące do ciemnej materii, spułapkowane w polach grawitacyjnych czarnych dziur.

W artykule opublikowanym w najnowszym numerze Nature Astronomy przeanalizowaliśmy możliwość wykrycia strumienia tego typu cząstek. Aby było to w ogóle możliwe, konieczne jest, po pierwsze, aby cząstki ciemnej materii w jakiś sposób oddziaływały ze zwykłą materią. Po drugie, istotnym elementem jest zawężenie (w czasie) obszaru poszukiwań.

Dlatego też w artykule zaproponowano sięgnięcie do tzw. astronomii wielonośnikowej. Technika ta polega na korelowaniu ze sobą sygnałów pochodzących z różnego typu obserwacji (teleskopy, radioteleskopy, detektory neutrin, detektory fal grawitacyjnych itd.) w celu osiągnięcia bogatszej informacji. W proponowanej metodologii chcemy korelować sygnały z sieci czujników ciemnej materii z sygnałami fal grawitacyjnych. By jednak pomiar taki był praktycznie możliwy, konieczne jest założenie pewnych właściwości poszukiwanej ciemnej materii. W szczególności cząstki ciemnej materii muszą być ekstremalnie lekkie (co najmniej milion razy słabsza od masy najlżejszej znanej cząstki jaką jest neutrino), przez co mogą poruszać się w przestrzeni z prędkościami bliskimi prędkości światła.

W artykule przeanalizowana została możliwość wykorzystania sieci zegarów atomowych umieszczonych na satelitach GPS oraz magnetometrów atomowych pracujących specjalistycznych laboratoriach na Ziemi do wykrycia ciemnej materii. Każdy z tych sensorów czuły jest na inny rodzaj oddziaływania ciemnej i zwykłej materii. Przeprowadzone w artykule analizy wykazały, że zarówno zegary atomowe, jak i magnetometry optyczne cechują się wystarczającą czułością do wykrycia tego typu cząstek. Jak również pokazano, w przypadku w którym nie doszłoby do rejestracji tego typu sygnałów, możliwe jest wprowadzenie limitów na istnienie i oddziaływanie cząstek ciemnej materii ze zwykłą materią.

Dr hab. Szymon Pustelny
Zakład Fotoniki
Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ

 

Grafika: Sandbox Studio, Ana Kova

Polecamy również
Legendarny radioteleskop Arecibo przechodzi do historii
Legendarny radioteleskop Arecibo przechodzi do historii
Tydzień Noblowski 2020 - komentarze
Tydzień Noblowski 2020 - komentarze
Copernicus College - nowe kursy z zakresu fizyki i psychologii
Copernicus College - nowe kursy z zakresu fizyki i psychologii
Dzień z życia Etny – 19 kwietnia 2020
Dzień z życia Etny – 19 kwietnia 2020