Wetenschappers kunnen de techniek van het jagen op meteorieten gebruiken om donkere materie te detecteren

Ohio-onderzoekers De Rijksuniversiteit heeft een nieuwe opsporingsmethode bedacht donkere materie Op basis van de huidige meteorendetectietechnologie. Radar op de grond gebruiken om te zoeken naar ionisatiepaden die vergelijkbaar zijn met die welke erdoor worden geproduceerd meteoren Terwijl ze door de lucht suizen, hopen ze de atmosfeer van de aarde te gebruiken als een supergrote deeltjesdetector.

De resultaten van experimenten met deze techniek zullen onderzoekers helpen de mogelijke eigenschappen van donkere materiedeeltjes te verfijnen.

Het bestaan ​​van donkere materie wordt algemeen aanvaard door reguliere natuurkundigen. Omdat Lord Kelvin berekende dat de massa van alle sterren in Melkweg Veel minder dan de massa van de melkweg zelf, weten we dat veel van de materie in het universum voor ons onzichtbaar is.

Naarmate de technologie verbetert, hebben we geleerd hoe we verborgen objecten kunnen zien met telescopen voor zichtbaar licht, maar we kunnen nog steeds niet al het ontbrekende materiaal verklaren. We noemen deze ontbrekende materie ‘donkere materie’ en volgens de huidige schattingen bestaat 85% van de massa van het universum uit donkere materie. De meeste natuurkundigen geloven nu dat donkere materie bestaat uit een deeltje dat nog ontdekt moet worden.

Een nieuwe manier om naar donkere materie te zoeken

John Beckum van de Ohio State University stelde een experiment voor om de eigenschappen van dit deeltje te bepalen. Hij wil de radartechnologie aanpassen die wordt gebruikt om meteoren te detecteren en te meten terwijl ze door de atmosfeer glippen, en deze gebruiken om te zoeken naar soortgelijke lijnen die kunnen duiden op een botsing van een deeltje van donkere materie met luchtmoleculen. Deze technologie maakt gebruik van radarstations op de grond om ionisatiepaden door de bovenste lagen van de atmosfeer te detecteren en te meten.

Wanneer een meteoor de atmosfeer van de aarde binnendringt, raast hij sneller door de lucht dan de lucht zelf uit de weg kan gaan. Hierdoor wordt de lucht voor de meteoor samengeperst en wordt deze zo heet dat deze ioniseert – afzonderlijke luchtmoleculen botsen zo hard op elkaar dat ze elektronen verliezen. Ioniserende lucht wordt niet alleen helderder, maar is ook ondoorzichtig voor radiogolven. Hierdoor worden de radarsignalen teruggekaatst naar de aarde, waardoor zelfs overdag meteoren kunnen worden gedetecteerd.

Theoretische natuurkundigen hebben de fysische eigenschappen berekend die donkere materiedeeltjes zouden kunnen hebben. Helaas, aangezien het meeste van wat we weten over deze deeltjes is dat ze zwak interageren met gewone materie (we hebben ze tot nu toe alleen ontdekt door invloed van de zwaartekracht), laat dit een breed scala aan mogelijkheden over.

Beacom wijst erop dat als donkere materiedeeltjes zich aan de grotere, zwaardere kant van het spectrum van mogelijkheden bevinden, ze gemakkelijker zullen interageren met “normale” materie, hoewel dergelijke interacties nog steeds zeldzaam zullen zijn.

“Een van de redenen waarom donkere materie zo moeilijk te detecteren is, kan zijn dat de deeltjes zo massief zijn”, zei Beckum. “Als de massa van donkere materie klein is, zijn deeltjes gebruikelijk, maar als de massa groot is, zijn deeltjes zeldzaam.”

Als deze deeltjes groot zijn, zullen conventionele detectoren op aarde ze misschien nooit zien omdat de deeltjes worden geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde. Maar als dit gebeurt, zouden ze genoeg energie moeten hebben om een ​​ionisatiepad te produceren, vergelijkbaar met wat we zien bij meteorieten. Dus radarinstallaties voor het detecteren van meteorieten kunnen worden aangepast om ook naar donkere materiedeeltjes te zoeken – waardoor de hele atmosfeer van de aarde in wezen één gigantische deeltjesdetector wordt.

Vroege ontdekkingen van donkere materie

Het bestaan ​​van donkere materie werd voor het eerst voorspeld in 1884 door Lord Kelvin. Hij berekende de massa van de Melkweg, gebaseerd op de snelheid waarmee het ronddraait, en ontdekte dat het veel zwaarder moet zijn dan de zichtbare sterren samen. Hij veronderstelde dat het grootste deel van de massa van de melkweg uit “donkere” materie moet bestaan ​​- dingen die destijds niet met telescopen konden worden waargenomen.

De meeste wetenschappers gingen er echter van uit dat dit betekende dat er veel koud gas, stof, exoplaneten en andere dingen zouden zijn die niet schijnen met hun licht. De uitdrukking “donkere materie” werd voor het eerst gebruikt om dit spul te beschrijven in een Franse krant uit 1906.

Sindsdien zijn er veel andere bewijzen naar voren gekomen: Fritz Zwicky merkte in de jaren dertig op dat sterrenstelsels in de Coma-cluster bewegen alsof de hele massa 400 keer zwaarder is dan de gecombineerde massa van al zijn zichtbare leden.

Vroege radioastronomen in de jaren zestig zagen dat spiraalstelsels heel snel rond hun randen draaien – ze zouden uit elkaar moeten bewegen tenzij er een extra zwaartekrachtbron is om ze bij elkaar te houden.

Vera Rubin, Kent Ford en Ken Freeman deden kort daarna dezelfde ontdekking, waarbij ze onlangs verbeterde spectrometers gebruikten om de rotatiecurve van sterrenstelsels in zichtbaar licht te meten. Een reeks diepe kosmologische waarnemingen in de jaren tachtig onthulde zwaartekrachtlensing en anisotropie in de kosmische microgolfachtergrondstraling (CMBR), wat bijdroeg aan het bewijs voor het bestaan ​​van donkere materie.

Opgemerkt moet worden dat niemand nog weet of donkere materiedeeltjes deze ionisatiepaden daadwerkelijk zullen produceren. Detectoren die met deze technologie zijn gebouwd, zien mogelijk helemaal niets. Maar de uitkomst, ontdekkingen of geen ontdekkingen, zal een goede zaak zijn. Op de een of andere manier zal een experiment met deze detectietechniek de vraag beantwoorden: “Zijn donkere materiedeeltjes groot, zwaar en zeldzaam? Of zijn ze klein, licht en talrijk?”

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd het universum vandaag door Allen Versfeld. Lees de Het originele artikel staat hier.