Koncepcja artysty przedstawia pulsar, który przypomina latarnię morską, ponieważ jego światło pojawia się w regularnych pulsach podczas obrotu. Pulsary to gęste pozostałości po eksplodowanych gwiazdach i należą do klasy obiektów zwanych gwiazdami neutronowymi. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Dowody na istnienie potencjalnych obiektów ciemnej materii wykryto za pomocą pulsarów, które są gwiazdami neutronowymi emitującymi regularne wiązki fal radiowych.
Wiązki te przeanalizował profesor John LoSecco, ujawniając zmiany i opóźnienia wskazujące na obecność niewidocznej masy, prawdopodobnie ciemnej materii. LoSecco wykorzystało dane z przeglądu PPTA2, obejmujące dokładne pomiary wykonane przez kilka radioteleskopów. Badanie wykazało kilkanaście przypadków, w których prawdopodobnie miała na to wpływ ciemna materia pulsar sygnały. Badania te nie tylko pomagają w zrozumieniu ciemnej materii, ale także poprawiają dane dotyczące synchronizacji pulsarów na potrzeby innych badań astronomicznych.
Wykrywanie ciemnej materii za pomocą pulsarów
Przy pomocy wszechświatowych „chronometrażystów” odkryto kuszące dowody na istnienie potencjalnych obiektów ciemnej materii.
Pulsary – gwiazdy neutronowe, które obracają się i emitują przypominające latarnie morskie wiązki fal radiowych, które szybko przelatują przez przestrzeń – wykorzystano do identyfikacji tajemniczych ukrytych mas.
Pulsary zyskały swoją przydomek, ponieważ wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne w bardzo regularnych odstępach czasu, od milisekund do sekund, co czyni je niezwykle dokładnymi chronometrażystami.
„Nauka opracowała bardzo precyzyjne metody pomiaru czasu” – powiedział astronom stojący za badaniami, profesor John LoSecco z Uniwersytetu Notre Dame, który niedawno zaprezentował swoje odkrycia podczas Krajowego Spotkania Astronomicznego na Uniwersytecie w Hull.
„Na Ziemi mamy zegary atomowe, a w kosmosie pulsary.
„Chociaż od ponad stulecia wiadomo, że grawitacja spowalnia światło, jak dotąd pojawiło się bardzo niewiele zastosowań”.
To zdjęcie przedstawia artystyczną wizję gwiazdy neutronowej otoczonej silnym polem magnetycznym (kolor niebieski). Emituje wąską wiązkę fal radiowych (magenta) ponad swoimi biegunami magnetycznymi. Kiedy rotacja gwiazdy omiata te wiązki nad Ziemią, gwiazdę neutronową można wykryć jako pulsar radiowy. Źródło: NASA Goddard/Walt Feimer
Obserwowanie zmian w taktowaniu pulsarów
Profesor LoSecco zaobserwował zmiany i opóźnienia w synchronizacji pulsarów, co wskazuje, że wiązki radiowe przemieszczają się wokół niewidocznej koncentracji masy gdzieś pomiędzy pulsarem a teleskopem.
Uważa, że te niewidzialne masy są kandydatami na obiekty ciemnej materii.
Profesor LoSecco badał opóźnienia w czasie dotarcia impulsów radiowych, które zwykle trwają nanosekundę dokładność. Przeszukał ścieżkę impulsów radiowych w ramach danych z badania PPTA2 opublikowanych przez Parkes Pulsar Timing Array.
W ramach tego trwającego projektu powstają precyzyjne pomiary czasu przybycia impulsów przy użyciu danych z siedmiu różnych radioteleskopów: Effelsberg, Nançay, Westerbork, Green Bank, Arecibo, Parkes i Lovell, ten ostatni w Cheshire.
Impulsy mają kadencję około trzech tygodni w trzech pasmach obserwacyjnych.
Wykres przedstawiający zależną od czasu geometrię pulsara. Cosinus ciemnej materii widziany przez obserwatora. Oś Z biegnie od obserwatora do pulsara (kropka po lewej stronie). Punkt największego podejścia to odległość D wzdłuż osi X. Współrzędna Y jest skierowana w górę zgodnie z przewidywaną prędkością koncentracji masy. Przemieszczenie wzdłuż Y przyjmuje się jako Vt. Stężenie masowe leży w płaszczyźnie w (D,Vt). Źródło: John LoSecco
Odchylenia w czasie przybycia spowodowane ciemną materią
Odchylenia czasu przybycia spowodowane ciemną materią mają ściśle określony kształt i wielkość proporcjonalną do jej masy.
Światło przechodzące w pobliżu obszarów ciemnej materii zostanie spowolnione przez jej obecność. Przeszukanie precyzyjnych danych z 65 „pulsarów milisekundowych” ujawniło kilkanaście zdarzeń, które wydają się być interakcjami z ciemną materią.
Profesor LoSecco powiedział: „Wykorzystujemy fakt, że Ziemia się porusza, Słońce się porusza, pulsar się porusza, a nawet ciemna materia się porusza.
„Obserwujemy odchylenia w czasie przybycia spowodowane zmianą odległości między obserwowaną masą a linią wzroku naszego pulsara „zegarowego”.
Masa wielkości Słońca może powodować opóźnienie rzędu 10 mikrosekund. Obserwacje profesora LoSecco mają rozdzielczość rzędu nanosekund, 10 000 razy mniejszą.
„Jedno z odkryć sugeruje zniekształcenie około 20 procent masy Słońca” – powiedział profesor LoSecco. „Ten obiekt może być kandydatem na ciemną materię.”
Poprawianie próbki danych dotyczących synchronizacji pulsara
Potwierdził również, że efektem ubocznym tych badań jest poprawa próbki danych dotyczących synchronizacji pulsarów. Tę precyzyjną próbkę pobrano w celu poszukiwania dowodów na istnienie promieniowania grawitacyjnego o niskiej częstotliwości.
Obiekty ciemnej materii dodają „szum” do tych danych, więc ich identyfikacja i usunięcie oczyści próbki z pewnej zmienności, eliminując taki szum podczas innych poszukiwań promieniowania grawitacyjnego.
Rzucanie światła na ciemną materię
„Prawdziwa natura ciemnej materii pozostaje tajemnicą” – powiedział profesor LoSecco. „To badanie rzuca nowe światło na naturę ciemnej materii i jej rozmieszczenie w kosmosie droga Mleczna i może również poprawić dokładność precyzyjnych danych pulsarowych.”
