Νέες δυνατότητες ανίχνευσης ακτινοβολίας Hawking από αρχέγονες μαύρες τρύπες

Ένας νέος περιορισμός για PBH με βάση δεδομένα COMPTEL (σκούρο μπλε), προβολές εύρους ανίχνευσης για μελλοντικά τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα MeV (άλλες καμπύλες χρώματος) και τρέχοντες περιορισμούς (σκιασμένες γκρι περιοχές). Πίστωση: Kogan et al.

Ενώ πολλοί φυσικοί έχουν προβλέψει την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, ενός είδους ύλης που δεν απορροφά, δεν αντανακλά ή εκπέμπει φως, κανείς δεν μπόρεσε να την παρατηρήσει πειραματικά ή να προσδιορίσει τη θεμελιώδη φύση της. Οι αρχέγονες ανοιχτές μαύρες τρύπες (PBHs), οι μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν στο πρώιμο σύμπαν, είναι από τους πιο υποσχόμενους υποψήφιους για σκοτεινή ύλη. Ωστόσο, η ύπαρξη αυτών των μαύρων τρυπών δεν έχει επιβεβαιωθεί.


Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Cruz, διεξήγαγαν πρόσφατα μια μελέτη με στόχο τη βελτίωση των τρεχόντων περιορισμών στον επιτρεπόμενο χώρο παραμέτρων για PBH ως σκοτεινή ύλη. Στην εφημερίδα τους που δημοσιεύτηκε το φυσικά μηνύματα αναθεώρησηςΠροτείνουν επίσης μια πιθανή μέθοδο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την άμεση ανίχνευση ακτινοβολίας Hawking σε περιοχές πυκνής σκοτεινής ύλης και πιθανώς ανίχνευσης PBH σκοτεινής ύλης.

Η ακτινοβολία Hawking είναι ακτινοβολία θερμότητας Ο Stephen Hawking προέβλεψε ότι οι μαύρες τρύπες θα εκπέμπουν αυθόρμητα. Αυτή η ακτινοβολία θεωρείται ότι προκύπτει από το μετασχηματισμό των κβαντικών διακυμάνσεων κενού σε ζεύγη σωματιδίων, το ένα διαφεύγει από τη μαύρη τρύπα και το άλλο παγιδευμένο στον ορίζοντα συμβάντος του (δηλαδή το όριο γύρω από τις μαύρες τρύπες από τις οποίες ούτε φως και ακτινοβολία δεν μπορούν να διαφύγουν)

«Οι μαύρες τρύπες που περιέχουν περισσότερο από λίγο τοις εκατό της σκοτεινής ύλης θα πρέπει να έχουν μάζα μεταξύ περίπου 1016 γραμμάρια και 1035 Gram, “είπε ο Adam Kogan, ένας από τους ερευνητές που διεξήγαγαν τη μελέτη, στο Phys.org. Στο μεγαλύτερο μέρος αυτού του εύρους, διάφορες παρατηρήσεις τις αποκλείουν από το να αποτελούν το 100% της σκοτεινής ύλης. Ωστόσο, υπάρχει ένα αξιοσημείωτο κενό στους περιορισμούς: PBHs με αστεροειδείς συστάδες (~ 10)17 γραμμάρια έως 1022 γραμμάρια) μπορεί να καλύψει όλη τη σκοτεινή ύλη. “

Ο καθορισμός των μεθόδων για τον περιορισμό του επιτρεπόμενου χώρου παραμέτρων των PBHs ή την ανίχνευση της ακτινοβολίας Hawking που εκπέμπεται από αυτά θα μπορούσε να είναι ένα σημαντικό βήμα για την παρατήρηση ή την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης των PBHs. Έτσι, ο Kogan, σε συνεργασία με τους συναδέλφους Logan Morrison και Stefano Profumo, ξεκίνησαν να μελετήσουν τις δυνατότητες των τηλεσκοπίων ακτίνων γάμμα MeV ως εργαλεία για την ανίχνευση της ακτινοβολίας PBH Hawking.

“Η κύρια ιδέα πίσω από το έργο μας ήταν να σκεφτούμε έναν συγκεκριμένο τρόπο αναζήτησης αστεροειδών με μεγάλη μάζα αστεροειδών”, εξήγησε ο Kogan. “Τα ελαφριά PBHs αναμένεται να εκπέμπουν ακτινοβολία Hawking που αποτελείται από ένα μείγμα φωτονίων και άλλων σωματιδίων φωτός, όπως ηλεκτρόνια και πόνια. Τα τηλεσκόπια μπορούν στη συνέχεια να αναζητήσουν αυτήν την ακτινοβολία παρατηρώντας τον δικό μας γαλαξία ή άλλους γαλαξίες. Ο στόχος της ερευνητικής μας εργασίας ήταν να καλύτερα να καταλάβετε πώς τα εισερχόμενα τηλεσκόπια θα ήταν καλά, είναι σε θέση να παρατηρήσει αυτήν την ακτινοβολία και, συνεπώς, το μέγεθος του χώρου της παραμέτρου PBH της αστεροειδούς μάζας που μπορεί να διερευνηθεί. “

Ενώ προσπαθούσαν να εκτιμήσουν τις μάζες των PBHs ότι τα αναδυόμενα τηλεσκόπια μπορούν να περιορίσουν, ο Kogan και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι προηγούμενες μελέτες δεν είχαν ακόμη αναλύσει δεδομένα που συλλέχθηκαν από το τηλεσκόπιο COMPTEL, ένα τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα που ξεκίνησε από τη NASA στο Παρατηρητήριο Compton Gamma Ray. (CGRO). Ωστόσο, αυτά τα δεδομένα μπορούν να βοηθήσουν στον περιορισμό της αφθονίας των διατομικών δυαδικών ψηφίων ακριβώς κάτω από το κενό αστεροειδούς μάζας (δηλαδή λιγότερο από 1017 γραμμάρια). Ενώ υπάρχουν ήδη περιορισμοί σε αυτήν τη μαζική κλίμακα χάρη στις παρατηρήσεις της ακτινοβολίας Hawking που συλλέγονται από τον Voyager 1 και τον δορυφόρο αστροφυσικής ακτίνων γάμμα INTEGRAL (INTEGRAL), οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι νέοι περιορισμοί που εισήγαγαν οι ερευνητές είναι οι ισχυρότεροι ακόμη.

“Το κύριο σημείο εισόδου για τον υπολογισμό των περιορισμών και την πραγματοποίηση προβολών είναι ο υπολογισμός του φάσματος της ακτινοβολίας Hawking που παράγεται από ένα μόνο PBH”, δήλωσε ο Kogan. «Έχουμε βελτιώσει αυτόν τον υπολογισμό σε σύγκριση με τα εργαλεία της βιβλιογραφίας βελτιώνοντας τη μέθοδο ακτινοβολία Παράγονται από ηλεκτρόνια και πιόνια μετράται στο φάσμα. Οι υπόλοιποι υπολογισμοί είναι αρκετά τυπικοί για αναζητήσεις σκοτεινής ύλης. “

Υποθέτοντας ότι οι τρύπες επιφανείας μιας δεδομένης μάζας αποτελούν ένα μέρος της συνολικής σκοτεινής ύλης στο διάστημα, οι υπολογισμοί του Kogan και των συναδέλφων τους θα επιτρέψουν στους ερευνητές να υπολογίσουν τη συμβολή τους στο φάσμα των φωτονίων που εκπέμπονται από ένα αστροφυσικό αντικείμενο που πιστεύεται ότι περιέχει σημαντικό ποσότητα σκοτεινής ύλης, όπως το κέντρο του γαλαξία ίχνους. Εάν το φάσμα που εκτιμάται από αυτούς τους υπολογισμούς είναι πολύ πιο φωτεινό από το παρατηρούμενο φάσμα, για παράδειγμα, μπορεί κανείς να αποκλείσει την πιθανότητα οι μαύρες τρύπες αυτής της συγκεκριμένης μάζας να αποτελούν ένα μέρος της σκοτεινής ύλης.

“Η τοποθέτηση προβολών της απόδοσης μελλοντικών τηλεσκοπίων ακολουθεί παρόμοιες γραμμές, αν και δεν υπάρχει συγκρίσιμο παρατηρούμενο φάσμα”, εξήγησε ο Kogan. “Σε αυτήν την περίπτωση, το φάσμα των φωτονίων που εκπέμπονται από τις διόδους ημισελήνου συγκρίνεται με ένα μοντέλο του αναμενόμενου αστροφυσικού υποβάθρου για τα φωτόνια.”

Η τελευταία μελέτη των Kogan, Morrison και Profumo εντόπισε τους ισχυρότερους περιορισμούς στις οπές PBH χαμηλής μάζας μέχρι σήμερα, χρησιμοποιώντας δεδομένα που συλλέχθηκαν ως μέρος ενός πειράματος που ολοκληρώθηκε πριν από 20 χρόνια. Επιπλέον, οι ερευνητές έδειξαν ότι τα επερχόμενα τηλεσκόπια ικανά να παρατηρήσουν τις ακτίνες γάμμα MeV-ενέργειας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην εξερεύνηση της μάζας των αστεροειδών PBHs, το οποίο είναι ένα πολύ δύσκολο μέρος του χώρου παραμέτρων PBH για διερεύνηση.

Ο Κογκάν πρόσθεσε: «Η κοινότητα της αστρονομίας έχει ερευνήσει αρκετές προτάσεις για τέτοια τηλεσκόπια τα τελευταία χρόνια, και πιστεύω ότι η εφημερίδα μας παρέχει μια άλλη ισχυρή ώθηση για την κατασκευή τέτοιων τηλεσκοπίων». “Εκτός από τα PBH, μελετήσαμε πώς τα επερχόμενα τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα MeV μπορούν να εξερευνήσουν διαφορετικά μοντέλα σκοτεινών σωματιδίων. Πρόσφατα ολοκληρώσαμε ένα άλλο έγγραφο όπου υπολογίσαμε τα φάσματα ακτίνων γάμμα για μερικά από αυτά τα μοντέλα και συνεργαζόμαστε με άλλους συνεργάτες για να βελτιώσουμε αυτοί οι υπολογισμοί. “

Οι Kogan, Morrison και Profumo συνεργάστηκαν επίσης πρόσφατα με τον Alexander Moiseev, έναν ερευνητή στη NASA, ο οποίος εργάζεται για την ανάπτυξη τηλεσκόπιο Ονομάζεται Γαλαξιακός εξερευνητής με το Τηλεσκόπιο Comed Cted Aperture (GECCO). Μαζί με τον Moiseev, προσπαθούσαν να εντοπίσουν τρόπους με τους οποίους η GECCO θα μπορούσε να βοηθήσει στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης.


Από τις αρχέγονες μαύρες τρύπες, νέα στοιχεία για τη σκοτεινή ύλη


περισσότερες πληροφορίες:
Άμεση ανίχνευση ακτινοβολίας Hawking από αρχέγονες αστρικές μάζες μαύρων οπών. φυσικά μηνύματα αναθεώρησης(2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.171101.

Περιορισμοί μικρο-ακτίνων γάμμα για μοντέλα σκοτεινής ύλης Sub-GeV. arXiv: 2104.06168 [hep-ph]. arxiv.org/abs/2104.06168

Η αναζήτηση για σκοτεινή ύλη και νέα φυσική χρησιμοποιώντας (α) GECCO. arXiv: 2101.10370 [astro-ph.HE]. arxiv.org/abs/2101.10370

© 2021 Science X Network

το απόσπασμα: Νέες δυνατότητες για την ανίχνευση ακτινοβολίας Hawking που εκπέμπεται από Primordial Black Holes (2021, 21 Ιουνίου) Ανακτήθηκε στις 21 Ιουνίου 2021 από https://phys.org/news/2021-06-possuable-hawking-emitted-primordial-black.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη διαπραγμάτευση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Ο αρτοποιός της Μελβούρνης Morgan Hepworth φτιάχνει ένα φλιτζάνι κοτόπουλο KFC

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *