"A matéria escura é lá", diz, diz Paolo Zuccon, um professor assistente de física no MIT. "Nós simplesmente não sabemos o que é. AMS tem a possibilidade de brilhar uma luz sobre suas características. Vemos alguma dica agora, e isso está dentro de nossa possibilidade de dizer se essa dica é verdadeira. "
"Os novos fenômenos poderia ser evidência para a matéria escura há muito procurado no universo, ou pode ser devido a alguma outra nova ciência igualmente emocionante", diz Barry Barish, professor emérito de física e física de alta energia no California Institute of Technology., que não estava envolvido nos experimentos. "Em ambos os casos, a observação em si é o que é emocionante; a explicação científica virá com novas experiências. "
Pesquisadores do Laboratório do MIT para a Ciência Nuclear lançaram novas medidas que prometem lançar luz sobre a origem da matéria escura. O grupo do MIT leva uma colaboração internacional de cientistas que analisou dois e vale por anos e meio de dados obtidos pelo Espectrômetro Magnético Alfa (AMS) - um grande detector de partículas montados no exterior da Estação Espacial Internacional - que capta os raios cósmicos de entrada de por toda a galáxia. Os novos resultados do AMS pode finalmente ajudar os cientistas a estreitar-se sobre a origem e as características da matéria escura - cuja colisões podem dar origem a positrons.
A imagem no topo da página é de uma simulação de supercomputador mostra a densidade de matéria escura em nossa galáxia da Via Láctea, que é conhecida por conter um antigo disco fino de estrelas. Brilho (azul-violeta para-a-vermelho-de-amarelo) corresponde ao aumento da concentração de matéria escura. A região central brilhante corresponde aproximadamente a matéria luminosa da Via Láctea de gás e estrelas e as aglomerações luminosas indicam satélites de matéria escura que orbitam a nossa galáxia Via Láctea, que são conhecidos como "infra-estrutura".
Entre 41 bilhões de eventos de raios cósmicos - instâncias de partículas cósmicas que entram no detector - os pesquisadores identificaram 10 milhões de elétrons e pósitrons, antipartículas estáveis de elétrons. Pósitrons pode existir em um número relativamente pequeno dentro do fluxo de raios cósmicos. O excesso dessas partículas tem sido observado por experimentos anteriores - o que sugere que eles não podem ser provenientes de raios cósmicos, mas vamos lá, em vez de uma nova fonte. Em 2013, a colaboração AMS, pela primeira vez, medida com precisão o início deste excesso.
"Os novos resultados mostram de forma inequívoca que o AMS uma nova fonte de pósitrons é ativa na galáxia", diz Zuccon. "Nós não sabemos ainda se esses pósitrons são provenientes de colisões de matéria escura, ou de fontes astrofísicas, como pulsares. Mas as medidas estão em andamento por AMS que podem discriminar entre as duas hipóteses. "
As novas medições, Zuccon acrescenta, são compatíveis com uma partícula de matéria escura com massas da ordem de 1 teraelectronvolt (TeV) - cerca de mil vezes a massa de um próton.
A equipe relata a fracção observado positrões - a razão entre o número de positrões para o número combinado de positrões e electrões - dentro de um intervalo mais amplo de energia do que previamente descrito. A partir dos dados, os pesquisadores observaram que as energias desta pósitrons fração aumenta rapidamente a baixas energias, após o que fica mais lento e, eventualmente, os níveis de fora muito mais altas.
A equipe relata que esta é a primeira observação experimental da máxima fração de pósitrons - em 243-307 giga elétron-volts ( GeV ) - depois de meio século de experimentos de raios cósmicos.
Zuccon e seus colegas, incluindo o principal investigador da AMS, Samuel Ting , o Thomas D. Cabot Professor de Física do MIT, detalhe os seus resultados em dois artigos publicados hoje na revista Physical Review Letters e em um terceiro, próxima publicação.
Cerca de 85 por cento do universo é feito de matéria escura - a matéria que de alguma forma não emite nem reflete luz, e, portanto, invisível para os telescópios modernos. Durante décadas, os astrônomos observaram apenas os efeitos da matéria escura, na forma de forças gravitacionais misteriosas que parecem manter juntos aglomerados de galáxias que, caso contrário voam distante.Tais observações eventualmente levou à teoria de um invisível estabilização fonte de massa gravitacional, ou a matéria escura,.
O experimento AMS a bordo da Estação Espacial Internacional tem como objetivo identificar as origens da matéria escura. O detector leva em um fluxo constante de raios cósmicos, que Zuccon descreve como "fluxos do universo que trazem com eles tudo o que eles podem pegar ao redor da galáxia."
Presumivelmente, esse fluxo cósmico inclui restos de colisões violentas entre partículas de matéria escura. De acordo com as previsões teóricas, quando duas partículas de matéria escura colidem, aniquilar, de libertação de uma certa quantidade de energia, que depende da massa das partículas originais. Quando as partículas aniquilam, eles produzem partículas comuns que eventualmente decair em partículas estáveis, incluindo elétrons, prótons, antiprótons e pósitrons,.
Como a matéria visível no universo é composto de prótons e elétrons, os pesquisadores argumentaram que a contribuição destas mesmas partículas de colisões de matéria escura seria insignificante. No entanto, os pósitrons e antiprótons são muito mais raros no universo; qualquer detecção destas partículas acima do muito pequeno fundo esperado provavelmente vêm de uma nova fonte. As características deste excesso - e em particular o seu início, a posição máxima e deslocamento - vai ajudar os cientistas a determinar se os pósitrons surgem de fontes astrofísicas, como pulsares, ou a partir de matéria escura.
Após a coleta de dados de forma contínua desde 2011, a equipe AMS analisados 41 bilhões de partículas que entram e identificou 10 milhões de pósitrons e elétrons com energias que variam de 0,5-500 GeV - uma gama mais ampla do que a energia medido anteriormente.
Os pesquisadores estudaram a fração de pósitrons em relação a energia, e encontraram um excesso de pósitrons a partir de energias mais baixas (8 GeV), sugerindo uma fonte para os outros do que as próprias partículas de raios cósmicos. A fração de pósitrons então desacelerou e atingiu um pico de 275 GeV, o que indica que os dados podem ser compatíveis com uma fonte de matéria escura de pósitrons.
Se se verificar que os resultados do AMS são devidos a matéria escura, o experimento poderia estabelecer que a matéria escura é um novo tipo de partícula, conclui Barish.
A imagem no topo da página é de uma simulação de supercomputador mostra a densidade de matéria escura em nossa galáxia da Via Láctea, que é conhecida por conter um antigo disco fino de estrelas. Brilho (azul-violeta para-a-vermelho-de-amarelo) corresponde ao aumento da concentração de matéria escura. A região central brilhante corresponde aproximadamente a matéria luminosa da Via Láctea de gás e estrelas e as aglomerações luminosas indicam satélites de matéria escura que orbitam a nossa galáxia Via Láctea, que são conhecidos como "infra-estrutura".
A simulação prevê que os halos de matéria escura das galáxias espirais são irregulares, preenchido com centenas de subestruturas de matéria escura que passam pelos discos estelares de galáxias, deixando sua marca e perturbá-los no processo.
O Galaxy diário via MIT Notícias
Imagem top crédito da página: Crédito: Stelios Kazantzidis , da Ohio State University.
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