Kendala baru mengenai keberadaan materi gelap ringan di Bima Sakti

Materi gelap, yang terdiri dari partikel-partikel yang tidak memantulkan, memancarkan, atau menyerap cahaya, diperkirakan merupakan penyusun sebagian besar materi di alam semesta. Namun, kurangnya interaksi dengan cahaya menghalangi pendeteksian langsungnya menggunakan metode eksperimental konvensional.

Fisikawan telah mencoba merancang metode alternatif untuk mendeteksi dan mempelajari materi gelap selama beberapa dekade, namun banyak pertanyaan tentang sifat dan keberadaannya di galaksi kita masih belum terjawab. Eksperimen Pulsar Timing Array (PTA) berupaya memverifikasi keberadaan apa yang disebut partikel materi gelap ultralight dengan memeriksa waktu milidetik dari serangkaian pulsar radio galaksi (yaitu benda langit yang memancarkan gelombang radio milidetik secara teratur).

European Pulsar Timing Array, tim peneliti multinasional di berbagai lembaga yang menggunakan 6 teleskop radio di seluruh Eropa untuk mengamati pulsar tertentu, baru-baru ini menganalisis data gelombang kedua yang mereka kumpulkan. Makalah merekaditerbitkan di Surat ulasan fisikmemberikan batasan yang lebih ketat pada keberadaan materi gelap ringan di Bima Sakti.

“Makalah ini pada dasarnya adalah hasil proyek doktoral pertama saya,” Clemente Samara, salah satu penulis makalah tersebut, mengatakan kepada Phys.org. “Idenya muncul ketika saya bertanya kepada supervisor saya apakah saya bisa melakukan penelitian yang berfokus pada ilmu gelombang gravitasi, tetapi dari perspektif fisika partikel. Tujuan utama dari proyek ini adalah untuk membatasi keberadaan materi gelap ringan di galaksi kita.”

Materi gelap terang adalah kandidat hipotetis materi gelap, yang terdiri dari partikel sangat terang yang dapat memecahkan misteri lama dalam astrofisika. Studi terbaru yang dilakukan Samara dan rekan-rekannya bertujuan untuk memverifikasi kemungkinan keberadaan materi gelap jenis ini di galaksi kita, melalui data yang dikumpulkan oleh European Pulsar Timing Array.

“Kami terinspirasi oleh upaya-upaya sebelumnya di bidang ini, khususnya oleh Karya Burayko dan kolaboratornya“Berkat durasi yang lebih lama dan resolusi kumpulan data yang lebih baik, kami dapat memberikan batasan yang lebih ketat terhadap keberadaan materi gelap ringan di Bima Sakti,” kata Samara.

Makalah terbaru dari European Pulsar Timing Array membuat asumsi yang berbeda dari penelitian lain yang dilakukan di masa lalu. Alih-alih mengeksplorasi interaksi antara materi gelap dan materi biasa, penelitian ini berasumsi bahwa interaksi ini hanya terjadi melalui efek gravitasi.

“Kami berasumsi materi gelap berinteraksi dengan materi biasa hanya melalui interaksi gravitasi,” jelas Samara. “Ini adalah klaim yang cukup kuat: faktanya, satu-satunya hal yang kita ketahui tentang materi gelap adalah bahwa ia berinteraksi dengan gravitasi. Singkatnya, materi gelap menghasilkan sumur potensial yang dilalui oleh sinar radio yang berdenyut. Namun kedalaman sumur ini bersifat periodik. , sehingga waktu tempuh Pancaran radio dari pulsar ke Bumi juga berubah dengan periodisitas yang berbeda.

Dengan mencari secara tepat efek ini pada data gelombang kedua dari European Pulsar Timing Array, Samara dan rekan-rekannya mampu memberikan batasan baru pada keberadaan materi gelap yang sangat terang di sekitar pulsar. European Pulsar Timing Array telah mengumpulkan data ini selama hampir 25 tahun, menggunakan 6 teleskop radio canggih yang terletak di berbagai tempat di Eropa.

“Berdasarkan analisis kami, kami dapat mengesampingkan bahwa partikel ultralight dalam kisaran massa tertentu dapat membentuk keseluruhan materi gelap,” kata Samara. “Jadi, jika mereka ada di sana, kita masih memerlukan sesuatu yang lain untuk menjelaskan apa yang kita lihat. Hasil ini cukup kuat, karena kita fokus pada interaksi gravitasi materi gelap, yang merupakan satu-satunya hal yang kita ketahui secara pasti.”

Penelitian terbaru yang dilakukan oleh European Pulsar Timing Array menunjukkan bahwa partikel ringan dengan massa 10−24.0 eV≲m≲10−23.3 eV tidak dapat mencapai 100% kepadatan materi gelap lokal yang diukur dan dapat memiliki kepadatan lokal ρ≲0.3 di sebagian besar . Jeff/cm³. Kendala baru ini dapat memandu penelitian lebih lanjut di bidang ini, yang dapat bermanfaat bagi pencarian kandidat materi gelap yang sulit dipahami di masa depan.

“Saya sekarang berencana untuk mengeksplorasi apakah pulsar memiliki tanda yang dapat memberi tahu kita lebih banyak tentang materi gelap,” tambah Samara. “Selain itu, saya secara umum tertarik pada ilmu PTA, jadi saya juga ingin mengerjakan pemodelan astrofisika sistem biner lubang hitam supermasif, yang dianggap sebagai penjelasan menarik untuk latar belakang gelombang gravitasi acak yang baru-baru ini kami amati.”