Bild https://www.eurekalert.org Spektrografisk teknik för att separera ljus i sönderfallande mörk materia och bakgrundsljus användes. WINERED använder de bredare spektrala egenskaperna hos bakgrundsljus för att skilja det från ljus från sönderfallshändelser. Fotograf: Wen Yin, Tokyo Metropolitan University.
Forskare har börjat använda en kombination av datamodeller
och toppmoderna observationer för att sätta gräns för vilka egenskaper mörk
materia kan ha. Nyligen har ett team av forskare från Japan under ledning av
docent Wen Yin från Tokyo Metropolitan University använt en ny spektrografisk
teknik för att observera ljus från två galaxer, Leo V och Tucana II. De använde
det 6,5 meter breda Magellan Clay Telescope i Chile för att samla in ljuset
från dessa på det infraröda området i spektrumet.
Forskarlaget fokuserade på en lovande kandidat för mörk materia, den axionliknande alpha particlen (ALP) och undersökte hur den "sönderfaller" och spontant avger ljus. Ledande teoretiska modeller i den nära infraröda delen av spektrum till en lovande plats att se på. Men det infraröda är en trång och förvirrande del av det elektromagnetiska spektrumet. Det beror på det stora utbudet av ljud med flera störningar från andra källor. Exempel på detta är zodiakalljus, den svaga spridningen av solljus, interstellärt stoft och ljus som sänds ut av atmosfären när den värms upp av solen. För att komma runt detta har de i sitt tidigare arbete föreslagit en ny teknik som utnyttjar det faktum att bakgrundsstrålning tenderar att omfatta ett bredare spektrum av våglängder medan ljus från en specifik sönderfallsprocess är mer och starkt inriktat till ett smalt område inom det elektromagnetiska fältet.
Likt ljus från ett prisma blir svagare när olika
färger sprids tunnare och tunnare blir sönderfallshändelser som är begränsade
till ett smalt område skarpare och skarpare. Olika toppmoderna infraröda
spektrografer ex NIRSpec på James Webb Space Telescope, WINERED på Magellan
Clay Telescope med flera kan användas för att implementera denna teknik vilket
effektivt gör dessa instrument till utmärkta detektorer för mörk materia.
Tack vare precisionen i teamets teknik (WINERED)
kunde man förklara allt ljus de upptäckte i det nära infraröda fältet med betydande
statistisk noggrannhet. Det faktum att inget sönderfall hittades användes sedan
för att sätta en övre gräns för frekvensen av dessa sönderfallshändelser, eller
en nedre gräns för livslängden för ALP-partiklar. Deras nya nedre gräns i
sekunder är 10 med 25 till 26 nollor efter sig, eller tio till hundra miljoner
gånger universums ålder.
Upptäckten är inte bara betydelsefull eftersom detta
är den skarpaste gränsen hittills för mörk materias livstid. I arbetet användes den senaste tekniken av infraröd kosmologi för att ta itu med problem inom
grundläggande partikelfysik. Och även om deras slutsatser är baserade på
noggrann analys av data finns det antydningar om anomalier eller
"överdrifter" som erbjuder den lockande utsikten till faktisk
upptäckt av mörk materia med mer insamlad data och analys. Sökandet fortsätter efter
den saknade biten i vårt universum (den
mörka materien vilken jag inte tror finns utan är en form av vanlig materias
påverkan av gravitation).
Arbetet stöddes av JSPS KAKENHI Grant Numbers
22K14029, 20H05851, 21K20364 och 22H01215 och Incentive Research Fund for Young
Researchers från Tokyo Metropolitan University. Data från WINERED samlades in
med det 6,5 meter stora Magellan Clay Telescope vid Las Campanas-observatoriet
i Chile under projektet "eV-Dark Matter search with WINERED". WINERED
utvecklades av University of Tokyo och Laboratory of Infrared High-resolution
Spectroscopy, Kyoto Sangyo University, under ekonomiskt stöd från JSPS KAKENHI
Grant Numbers 16684001, 20340042 och 21840052, och MEXT Supported Program for
the Strategic Research Foundation vid privata universitet (nr S0801061 och
S1411028). Observationerna i juni 2023 och november 2023 stöddes delvis av JSPS
KAKENHI Grant Number 19KK0080, JSPS Bilateral Program Number JPJSBP120239909
och Project Research Number AB0518 från Astrobiology Center, NINS, Japan.
