دانشمندان روش جدیدی برای شناسایی "ماده تاریک" ابداع کردند

به نقل از آي اي، ذره بنيادي "اکسيون"(Axion) در "ماده تاريک"(Dark Matter) ممکن است هنگامي که به ميدان‌هاي مغناطيسي قدرتمندي که در اطراف ستاره‌هاي نوتروني در حال چرخش هستند، نزديک شود، به تابش الکترومغناطيسي فرکانس راديويي تبديل شود و بر اساس يک مطالعه جديد که در مجله Physical Review Letters منتشر شده است، براي ابزار نجومي با دقت بالا قابل تشخيص باشد.

به عبارت ديگر، دانشمندان روش جديدي را براي نظارت و تأييد وجود "ماده تاريک" ابداع کرده‌اند.

اگر اتفاقي که گفته شد رخ دهد، سيگنال راديويي به عنوان يک قله طيفي فوق‌العاده باريک در يک فرکانس وابسته به جرم ذره اکسيون ماده تاريک در پشت آن، قابل شناسايي است و ممکن است از طريق ابزار نجومي با دقت بالا قابل مشاهده باشد.

"اکسيون" يک ذره بنيادي فرضي است که براي حل مشکل سي‌پي قوي در کروموديناميک کوانتومي(QCD) ارائه شده است. اين ذره بار الکتريکي ندارد و اسپين آن صفر است. برهم کنش اين ذره، جاذبه و الکترو مغناطيس است. در سال ۱۹۷۷ ميلادي، "روبرتو پسي" و "هلن کوين" يک راه حل ظريف‌تر براي مشکل CP قوي ارائه کردند. اين تئوري نشان مي‌دهد که اکسيون زيادي در مهبانگ(ماده تاريک سرد) ايجاد شد.

محققان دانشگاه "ايلي‌نوي"، دانشگاه "ميشيگان" و ساير موسسات در سطح جهان با استفاده از داده‌هاي جمع آوري شده با کمک دو تلسکوپ قدرتمند "افلزبرگ" و تلسکوپ "بانک سبز"(GBT) جستجو براي يافتن ردي از اکسيون ماده تاريک را به پايان رسانده اند.

"بنيامين آر. صفدي" يکي از محققان درگير در اين مطالعه گفت: ايده‌اي که در کارهاي قبلي ما ارائه شد و در بسياري از مقالات در سراسر جامعه علمي ارائه شده بود، اين است که اکسيون ماده تاريک ممکن است به انتشار راديويي باند باريک در ميدان‌هاي مغناطيسي قوي اطراف ستاره‌هاي نوتروني تبديل شود.

"صفدي" و همکارانش اطلاعات زيادي را که در ابتدا از طريق تلسکوپ هاي راديويي جمع آوري شده بود، جمع آوري کردند. اين کار با راديو تلسکوپ "افلزبرگ" و "بانک سبز" که به ترتيب دو عدد از بزرگترين تلسکوپ‌هاي راديويي جهان مستقر در آلمان و آمريکا هستند، انجام شد.

محققان اين تلسکوپ‌ها را به سمت مجموعه‌اي از اهداف در کهکشان راه شيري نشانه رفتند.

سپس اين تيم توان تلسکوپ را در طيفي از فرکانس‌هاي مختلف ثبت کردند. طبق نظريه آنها، سيگنال‌هاي مرتبط با تبديل اکسيون ماده تاريک در يک کانال فرکانس واحد قدرت اضافي ايجاد مي‌کند.

"صفدي" گفت: سپس ما براي جداسازي سيگنال هدف از سيگنال‌هاي زمينه‌اي مخدوش کننده، تکنيک‌هاي جديد و پيچيده‌اي را توسعه داديم و اجرا کرديم. جستجوي ما بسيار شبيه به جستجوي يک سوزن در يک انبار کاه است، به اين معنا که ما از ميان ميليون‌ها کانال مختلف فرکانسي جستجو کرديم.

يکي از چالش‌هايي که محققان در شکار تبديل اکسيون ماده تاريک از طريق داده‌هاي تلسکوپ راديويي با آن روبرو شدند، سيگنال‌هاي گمراه کننده بود. سيگنال‌هاي پس زمينه زميني ناشي از اجاق‌هاي مايکروويو، ارتباطات راديويي و ساير تجهيزات زميني، همراه با سيگنال‌هاي ديگر پديده‌هاي اخترفيزيکي همگي بر دشواري اين کار مي‌افزودند.

براي جلوگيري از اين دام احتمالي، "صفدي" و همکارانش از چندين استراتژي مختلف استفاده کردند.

"صفدي" گفت: ما همچنين روش‌هاي پيشرفته تجزيه و تحليل داده را براي فيلتر کردن و يادگيري خصوصيات سيگنال‌هاي پس زمينه از خود داده‌ها به کار گرفتيم. با ترکيب همه اين تکنيک‌ها توانستيم داده‌ها را جمع آوري و تجزيه و تحليل کنيم و به طور قاطع نتيجه بگيريم که هيچ مدرکي براي اکسيون‌ها در داده‌ها وجود ندارد.

وي افزود: اين يک کار پيشرفته بود و بدان معني است که ما اکنون يک چارچوب مشاهده و تجزيه و تحليل داريم که مي‌تواند در مطالعات آينده مورد استفاده قرار گيرد و از نظر من اهميت اصلي اين مطالعه است.