Takže chcete najít temnou hmotu, ale nevíte, kde hledat? Obří planeta může být přesně tím typem detektoru částic, který potřebujete! Naštěstí jich má naše sluneční soustava k dispozici jen pár a největší a nejbližší je Jupiter. Výzkumníci Rebecca Leane (Stanford) a Tim Linden (Stockholm) propuštěni papír Tento týden popisuje, jak by plynný obr mohl mít klíč k nalezení nepolapitelné temné hmoty.
Povaha temné hmoty je jednou z největších současných záhad ve fyzice. Interaguje gravitačně – můžeme vidět, jak drží pohromadě galaxie, které by se jinak rozletěly – ale nezdá se, že by interagoval s normální hmotou jinými způsoby.
Nejpopulárnější teorie předpokládají, že temná hmota je nějaký druh částice, která je buď příliš malá, nebo příliš slabě interagující, aby ji bylo možné snadno pozorovat. Experimenty s urychlovači částic a urychlovačem byly nastaveny tak, aby rozbíjely subatomární částice dohromady: výzkumníci doufají, že z výsledné srážky budou chybět neočekávané množství energie, což by naznačovalo, že nějaká neznámá částice, možná temná hmota, uniká z detektoru. Zatím bez úspěchu.
Ale temná hmota by měla být i v přírodě a mohla by být gravitačně zachycena objekty s velkými gravitačními studnami, jako je Země, Slunce a Jupiter. Postupem času by se temná hmota mohla nahromadit uvnitř planety nebo hvězdy, dokud nebude hustota dostatečná na to, aby jedna částice temné hmoty mohla zasáhnout druhou a zničit obě. I když nevidíme samotnou temnou hmotu, měli bychom být schopni vidět výsledky takové kolize. Produkovalo by vysokoenergetické záření ve formě gama paprsků.
Fermiho gama kosmický dalekohled. Poděkování: NASA (Wikimedia Commons).
Vstupte do vesmírného teleskopu Fermi Gamma-ray Space Telescope, který byl vypuštěn v roce 2008 na raketě Delta II. Již více než deset let zkoumá oblohu pro zdroje gama záření. Výzkumníci Leane a Linden použili dalekohled k pohledu na Jupiter a vytvořili vůbec první analýzu aktivity gama záření obří planety. Doufali, že uvidí důkazy o přebytku gama paprsků vytvořených zničením temné hmoty uvnitř Jupiteru.
Jak vysvětluje Leane, Jupiterova velikost a teplota z něj činí ideální detektor temné hmoty. 'Protože má Jupiter ve srovnání s jinými planetami sluneční soustavy velký povrch, může zachytit.'vícetemná hmota... Možná se pak divíte, proč nepoužít ještě větší (a velmi blízké) Slunce. No, druhá výhoda je, že protože Jupiter má chladnější jádro než Slunce, dává částicím temné hmoty menší tepelný náboj. To může částečně zastavit vypařování lehčí temné hmoty z Jupiteru, která by se vypařila ze Slunce.
Počáteční studie Jupitera Leane a Lindena zatím nenašla temnou hmotu. Došlo však k jednomu vzrušujícímu přebytku gama záření při nízkých energetických hladinách, což bude vyžadovat lepší nástroje pro správné studium. 'Skutečně prodlužujeme Fermiho limity, abychom analyzovali tak nízkoenergetické gamy,' řekl Leane. „Do budoucna bude zajímavé sledovat, zda nadcházející gama dalekohledy MeV, jako jsou AMEGO a e-ASTROGAM, najdou nějaké Jovianské gama záření, zejména na spodním konci naší analýzy, kde trpí Fermiho výkon. Možná má Jupiter stále nějaká tajemství, o která se chce podělit…“
Vlevo nahoře ukazuje počet gama záření v 45stupňové oblasti kolem Jupiteru.
Vpravo nahoře je zobrazena stejná část oblohy, když tam není Jupiter (pozadí).
Vlevo dole je zobrazen počet zbývajících gama paprsků po odečtení pozadí.
Vpravo dole ukazuje velikost a polohu Jupiteru z Fermiho dalekohledu. Pokud došlo k přebytku gama záření, mapa vlevo dole by se měla rozsvítit na Jupiterově pozici. Na těchto energetických hladinách tomu tak nebylo, ačkoliv tomu bylo při nižších energetických hladinách, což vyvolalo potřebu dalšího pozorování pomocí nových dalekohledů. Kredit: Rebecca Leane a Tim Linden.
Teleskopy AMEGO i e-ASTROGRAM jsou stále ve fázi konceptu, ale mohou to být jen nástroje potřebné k nalezení temné hmoty a Jupiter může být cílovým objektem, ve kterém ji najdeme.
Leane a další kolega Juri Smirnov (stát Ohio) si myslí, že by se podobná technika dala také použít hledat temnou hmotu v exoplanetách podobných Jupiteru nebo chladné hnědé trpasličí hvězdy.
Exoplanety a hnědí trpaslíci blíže středu galaxie, kde jsou vyšší hustoty temné hmoty, by se v infračerveném světle měly jevit teplejší než planety a hvězdy vzdálenější, a to kvůli častějšímu zániku temné hmoty v jejich jádrech. Vesmírný dalekohled Jamese Webba by mohl být schopen poskytnout infračervený průzkum dostatečného množství planet, které by tuto teorii potvrdily.
Ať už najdeme důkazy o temné hmotě na exoplanetě nebo v našem vlastním plynném obrovi blízko domova, takový objev by znamenal velký skok vpřed v našem modelu vesmíru. Neexistuje žádná záruka, ale rozhodně stojí za to se na to podívat a právě teď se pokládají základy pro hledání.
Výzkumné práce lze nalézt zde:
- Rebecca Leane a Tim Linden, “ První analýza Jupiteru v gama záření a nové hledání temné hmoty .“ ArXiv předtisk.
- Rebecca Leane a Juri Smirnov, “ Exoplanety jako nové Sub-GeV detektory temné hmoty. ” ArXiv předtisk.
Poděkování za vybraný snímek: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill (Wikimedia Commons ).
