دانشمندان روش جدیدی برای شناسایی "ماده تاریک" ابداع کردند

به نقل از آی ای، ذره بنیادی "اکسیون"(Axion) در "ماده تاریک"(Dark Matter) ممکن است هنگامی که به میدان‌های مغناطیسی قدرتمندی که در اطراف ستاره‌های نوترونی در حال چرخش هستند، نزدیک شود، به تابش الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی تبدیل شود و بر اساس یک مطالعه جدید که در مجله Physical Review Letters منتشر شده است، برای ابزار نجومی با دقت بالا قابل تشخیص باشد.

به عبارت دیگر، دانشمندان روش جدیدی را برای نظارت و تأیید وجود "ماده تاریک" ابداع کرده‌اند.

اگر اتفاقی که گفته شد رخ دهد، سیگنال رادیویی به عنوان یک قله طیفی فوق‌العاده باریک در یک فرکانس وابسته به جرم ذره اکسیون ماده تاریک در پشت آن، قابل شناسایی است و ممکن است از طریق ابزار نجومی با دقت بالا قابل مشاهده باشد.

"اکسیون" یک ذره بنیادی فرضی است که برای حل مشکل سی‌پی قوی در کرومودینامیک کوانتومی(QCD) ارائه شده است. این ذره بار الکتریکی ندارد و اسپین آن صفر است. برهم کنش این ذره، جاذبه و الکترو مغناطیس است. در سال ۱۹۷۷ میلادی، "روبرتو پسی" و "هلن کوین" یک راه حل ظریف‌تر برای مشکل CP قوی ارائه کردند. این تئوری نشان می‌دهد که اکسیون زیادی در مهبانگ(ماده تاریک سرد) ایجاد شد.

محققان دانشگاه "ایلی‌نوی"، دانشگاه "میشیگان" و سایر موسسات در سطح جهان با استفاده از داده‌های جمع آوری شده با کمک دو تلسکوپ قدرتمند "افلزبرگ" و تلسکوپ "بانک سبز"(GBT) جستجو برای یافتن ردی از اکسیون ماده تاریک را به پایان رسانده اند.

"بنیامین آر. صفدی" یکی از محققان درگیر در این مطالعه گفت: ایده‌ای که در کارهای قبلی ما ارائه شد و در بسیاری از مقالات در سراسر جامعه علمی ارائه شده بود، این است که اکسیون ماده تاریک ممکن است به انتشار رادیویی باند باریک در میدان‌های مغناطیسی قوی اطراف ستاره‌های نوترونی تبدیل شود.

"صفدی" و همکارانش اطلاعات زیادی را که در ابتدا از طریق تلسکوپ های رادیویی جمع آوری شده بود، جمع آوری کردند. این کار با رادیو تلسکوپ "افلزبرگ" و "بانک سبز" که به ترتیب دو عدد از بزرگترین تلسکوپ‌های رادیویی جهان مستقر در آلمان و آمریکا هستند، انجام شد.

محققان این تلسکوپ‌ها را به سمت مجموعه‌ای از اهداف در کهکشان راه شیری نشانه رفتند.

سپس این تیم توان تلسکوپ را در طیفی از فرکانس‌های مختلف ثبت کردند. طبق نظریه آنها، سیگنال‌های مرتبط با تبدیل اکسیون ماده تاریک در یک کانال فرکانس واحد قدرت اضافی ایجاد می‌کند.

"صفدی" گفت: سپس ما برای جداسازی سیگنال هدف از سیگنال‌های زمینه‌ای مخدوش کننده، تکنیک‌های جدید و پیچیده‌ای را توسعه دادیم و اجرا کردیم. جستجوی ما بسیار شبیه به جستجوی یک سوزن در یک انبار کاه است، به این معنا که ما از میان میلیون‌ها کانال مختلف فرکانسی جستجو کردیم.

یکی از چالش‌هایی که محققان در شکار تبدیل اکسیون ماده تاریک از طریق داده‌های تلسکوپ رادیویی با آن روبرو شدند، سیگنال‌های گمراه کننده بود. سیگنال‌های پس زمینه زمینی ناشی از اجاق‌های مایکروویو، ارتباطات رادیویی و سایر تجهیزات زمینی، همراه با سیگنال‌های دیگر پدیده‌های اخترفیزیکی همگی بر دشواری این کار می‌افزودند.

برای جلوگیری از این دام احتمالی، "صفدی" و همکارانش از چندین استراتژی مختلف استفاده کردند.

"صفدی" گفت: ما همچنین روش‌های پیشرفته تجزیه و تحلیل داده را برای فیلتر کردن و یادگیری خصوصیات سیگنال‌های پس زمینه از خود داده‌ها به کار گرفتیم. با ترکیب همه این تکنیک‌ها توانستیم داده‌ها را جمع آوری و تجزیه و تحلیل کنیم و به طور قاطع نتیجه بگیریم که هیچ مدرکی برای اکسیون‌ها در داده‌ها وجود ندارد.

وی افزود: این یک کار پیشرفته بود و بدان معنی است که ما اکنون یک چارچوب مشاهده و تجزیه و تحلیل داریم که می‌تواند در مطالعات آینده مورد استفاده قرار گیرد و از نظر من اهمیت اصلی این مطالعه است.