Первый поиск темной материи установил особые ограничения на время жизни
Тёмная материя — это неуловимый тип материи, который не излучает, не поглощает и не отражает свет и поэтому не может быть обнаружен с помощью обычных методов, используемых в физике элементарных частиц. В последние годы группы физиков по всему миру пытались наблюдать эту материю косвенно с помощью передовых детекторов и оборудования, регистрируя сигналы, отличные от электромагнитного излучения, которые могли быть связаны с её активностью или взаимодействием с другой материей. Исследователи из Токийского столичного университета, PhotoCross Co. Ltd, Киотского университета Сангё и других сотрудничающих учреждений недавно опубликовали результаты первого поиска тёмной материи, основанного на данных, собранных с помощью WINERED, спектрометра ближнего инфракрасного диапазона и высокой дисперсии, установленного на большом телескопе в Чили. Их статья, опубликованная в Physical Review Letters, устанавливает самые строгие на сегодняшний день ограничения на время жизни частиц тёмной материи с массой от 1,8 до 2,7 эВ.
Наша недавняя статья основана на нашей более ранней работе,опубликованной в Physical Review D,где мы впервые подчеркнули ключевую роль современных инфракрасных спектрографов, таких как NIRSpec на космическом телескопе Джеймса Уэбба и WINERED на телескопе "Магеллан", в поиске тёмной материи.
Вэнь Инь, первый автор статьи для Phys.org
Специалист пояснил, что идея возникла во время визита к его старому другу Тайки, который ушёл из академических кругов. Во время этого визита Тайки Бессё познакомил меня с прибором WINERED, а также Юдзи Икедой, инженером и астрономом, чей опыт оказался крайне важным для проекта. Инь некоторое время работал над теориями тёмной материи и пытался найти эффективные способы её обнаружения. Таким образом, визит его коллеги Бессё и последующее знакомство с Икедой послужили поводом для важных дискуссий, которые привели к их сотрудничеству в различных исследовательских проектах и в конечном итоге к этому исследованию. Недавняя статья Иня и его коллег стала результатом нескольких лет исследований, в которых участвовали как специалисты по физике элементарных частиц теоретики, так и эксперты по передовым приборам. Его основной целью был поиск темной материи с помощью высокодисперсионного спектрографа WINERED, установленного на одном из магеллановых телескопов в Чили.
Напом ним, что телескопы "Магеллан" представляют из себя два оптических телескопа с зеркалами размером 6,5 метра, которые расположены в обсерватории Лас-Кампанас в чилийской пустыне Атакама. Спектрограф WINERED, установленный на одном из этих телескопов, позволил исследователям искать чрезвычайно узкие спектральные линии, которые, как предполагалось, возникают при распаде частиц тёмной материи на фотоны.
Наша стратегия была сосредоточена на карликовых сфероидальных галактиках, которые, как считается, богаты тёмной материей и, как ожидается, будут демонстрировать очень узкие спектральные особенности.
Вэнь Инь, первый автор статьи
Ученый указал, что в качестве аналогии рассматривалось, как призма рассеивает белый свет на составляющие его цвета. По мере того, как непрерывный фоновый свет распространяется на множество длин волн, его интенсивность на любой отдельной длине волны уменьшается, в то время как узкая линия излучения остаётся концентрированной. Таким образом, достигнув очень высокого спектрального разрешения, человек может эффективно подавить рассеянный фон и выделить любой узкий сигнал тёмной материи. Для того, чтобы повысить точность поиска, исследователи также использовался метод, известный как "кивание", который позволил им вычесть яркий фон неба из данных, собранных телескопом с установленным на нём спектрографом WINERED. Кроме того, данные скорректированы с учётом доплеровского сдвига, объединненными с несколькими объектами, так как это позволило отделить возможный сигнал тёмной материи от других сигналов, исходящих от Земли.
Наше исследование установило более строгие нижние пределы времени жизни частиц тёмной материи, чем те, что были установлены предыдущими экспериментами в соответствующем диапазоне масс. Примечательно, что всего за четыре часа наблюдений мы продемонстрировали, что инфракрасная спектроскопия высокого разрешения может достичь чувствительности, необходимой для изучения диапазона масс в эВ, тем самым подтвердив наше более раннее предположение, опубликованное в Physical Review D.
Вэнь Инь, первый автор статьи для Phys.org
Исследовательская работа не только бросает вызов существующим теоретическим моделям распада тёмной материи и совершенствует их, но и открывает новые возможности для наблюдений, которые можно применить к другим телескопам, таким как телескоп Subaru, и дополнительным объектам в будущем". Хотя Инь и его коллеги не обнаружили никаких явных сигналов, которые можно было бы связать с распадом частиц тёмной материи на фотоны, они смогли установить новые ограничения на время жизни тёмной материи в диапазоне масс 1,8–2,7 эВ. Поскольку они заметили некоторые отклонения в данных, собранных WINERED, они планируют провести дополнительный анализ, чтобы определить, могут ли они быть связаны с возможным сигналом тёмной материи.
Кроме того, исследователи планируют продолжить изучение возможных технологических достижений, которые могли бы способствовать обнаружению сигналов, связанных с тёмной материей. В частности, они считают, что разработка новых спектрографов, специально предназначенных для поиска тёмной материи, может сыграть ключевую роль в будущих наблюдениях за этими сигналами.
На самом деле, в другой статье, опубликованной в прошлом году, Тайки, Юдзи и я предложили новую конструкцию спектрографа, предназначенного для обнаружения тёмной материи. Ключевая идея состоит в том, чтобы ослабить требования к пространственному разрешению, которые не так важны для поиска тёмной материи, и таким образом установить прибор на менее конкурентоспособный малоапертурный телескоп, сохранив при этом чувствительность, сравнимую с чувствительностью WINERED@Magellan для обнаружения тёмной материи в идентичных условиях наблюдения.
Вэнь Инь, первый автор статьи для Phys.org
В случае реализации этот подход мог бы обеспечить значительно больше времени для наблюдений и предоставить доступ к более широкому спектру целей, тем самым расширив наши возможности по поиску тёмной материи.
Новые межслойные контакты с проводящими мостиками могут повысить производительность двумерной оптоэлектроники.
Фото: pxhere.com, Physical Review D, PhotoCross Co. Ltd