Nuevas limitaciones a la presencia de materia oscura ligera en la Vía Láctea

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Se espera que la materia oscura, formada por partículas que no reflejan, emiten ni absorben luz, constituya la mayor parte de la materia del universo. Sin embargo, su falta de interacciones con la luz impide su detección directa mediante métodos experimentales convencionales.

Los físicos llevan décadas intentando idear métodos alternativos para detectar y estudiar la materia oscura, pero muchas preguntas sobre su naturaleza y presencia en nuestra galaxia siguen sin respuesta. Los experimentos de Pulsar Timing Array (PTA) intentan verificar la existencia de las llamadas partículas ultraligeras de materia oscura examinando la sincronización de milisegundos de una serie de púlsares de radio galácticos (es decir, cuerpos celestes que emiten pulsos regulares de ondas de radio de milisegundos).

El European Pulsar Timing Array, un equipo multinacional de investigadores de diferentes institutos que utiliza 6 radiotelescopios en toda Europa para observar púlsares específicos, analizó recientemente la segunda ola de datos que recopilaron. su papelpublicado en Cartas de revisión físicaimpone restricciones más estrictas a la presencia de materia oscura ligera en la Vía Láctea.

«Este artículo fue básicamente el resultado de mi primer proyecto doctoral», dijo a Phys.org Clemente Samara, coautor del artículo. «La idea surgió cuando le pregunté a mi supervisor si podía realizar una investigación centrada en la ciencia de las ondas gravitacionales, pero desde una perspectiva de la física de partículas. El objetivo principal del proyecto era restringir la existencia de la llamada materia oscura ligera en nuestra galaxia».

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La materia oscura ligera es un candidato hipotético a la materia oscura, formada por partículas extremadamente ligeras que podrían resolver misterios de larga data en astrofísica. El último estudio realizado por Samara y sus colegas tuvo como objetivo verificar la posibilidad de la presencia de este tipo de materia oscura en nuestra galaxia, a través de datos recopilados por el European Pulsar Timing Array.

“Nos inspiramos en esfuerzos anteriores en esta área, especialmente en El trabajo de Burayko y sus colaboradores.«Gracias a la mayor duración y la mejor resolución de nuestro conjunto de datos, pudimos imponer restricciones más estrictas a la presencia de materia oscura liviana en la Vía Láctea», dijo Samara.

El último artículo del European Pulsar Timing Array parte de suposiciones diferentes a las de otros estudios realizados en el pasado. En lugar de explorar las interacciones entre la materia oscura y la materia ordinaria, se supone que estas interacciones ocurren sólo a través de efectos gravitacionales.

«Supusimos que la materia oscura interactúa con la materia ordinaria sólo mediante interacción gravitacional», explicó Samara. «Esta es una afirmación bastante fuerte: de hecho, lo único seguro que sabemos sobre la materia oscura es que interactúa con la gravedad. En resumen, la materia oscura produce pozos potenciales en los que viajan rayos de radio pulsantes. Pero la profundidad de estos pozos es periódica , por lo que el tiempo de viaje El haz de radio de los púlsares a la Tierra también cambia con una periodicidad distinta.

Al buscar precisamente este efecto en la segunda ola de datos del Pulsar Timing Array europeo, Samara y sus colegas pudieron imponer nuevas limitaciones a la presencia de materia oscura muy ligera alrededor de los púlsares. El European Pulsar Timing Array ha estado recopilando estos datos durante casi 25 años, utilizando 6 radiotelescopios avanzados ubicados en varios lugares de Europa.

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«Según nuestros análisis, podemos descartar que partículas ultraligeras en un cierto rango de masas puedan constituir toda la materia oscura», dijo Samara. «Entonces, si estuvieran allí, todavía necesitaríamos algo más para explicar lo que estamos viendo. Este resultado es bastante sólido, ya que nos centramos en la interacción gravitacional de la materia oscura, que es lo único que sabemos con seguridad».

Un trabajo reciente del European Pulsar Timing Array muestra que las partículas ligeras con masas de 10−24,0 eV≲m≲10−23,3 eV no pueden constituir el 100% de la densidad local de materia oscura medida y pueden tener una densidad local de ρ≲0,3 en la mayoría . Jeff/cm3. Estas nuevas limitaciones podrían guiar futuras investigaciones en esta área, lo que podría beneficiar las búsquedas futuras de la esquiva materia oscura candidata.

«Ahora planeo explorar si los púlsares tienen firmas que puedan decirnos más sobre la materia oscura», añadió Samara. «Además, en general estoy interesado en la ciencia de la PTA, por lo que también me gustaría trabajar en el modelado astrofísico de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos, que se cree que es una explicación convincente para el fondo de ondas gravitacionales aleatorias que observamos recientemente».

más información:
Clemente Samara et al., Segunda publicación de datos del European Pulsar Timing Array: Desafiando el modelo de materia oscura ultraligera, Cartas de revisión física (2023). doi: 10.1103/PhysRevLett.131.171001

Información de la revista:
Cartas de revisión física


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