Noi posibilități pentru detectarea radiației Hawking emise de găurile negre primordiale

Noua constrângere PBH bazată pe date COMPTEL (albastru închis), proiecții ale scopului descoperirii viitoarelor telescoape MeV gamma (alte curbe colorate) și constrângeri existente (regiuni umbrite). Credit: Coogan și colab.

În timp ce mulți fizicieni au prezis existența materiei întunecate, un tip de materie care nici nu absoarbe, nici nu reflectă, nici nu emite lumină, până acum nimeni nu a fost capabil să o observe în mod experimental sau să-i determine natura fundamentală. Găurile negre primordiale ușoare (PBH), găuri negre formate în universul timpuriu, sunt printre cei mai promițători candidați pentru materia întunecată. Cu toate acestea, existența acestor găuri negre nu a fost încă confirmată.


Cercetătorii de la Universitatea din Amsterdam și Universitatea din California-Santa Cruz au realizat recent un studiu menit să îmbunătățească constrângerile existente asupra spațiului parametrilor permiși ai PBH ca materie întunecată. În articolul lor, publicat în Scrisori de examinare fizică, ei propun, de asemenea, o posibilă metodă care ar putea fi utilizată pentru a detecta direct radiația Hawking în regiunile dense de materie întunecată și ar putea permite descoperirea materiei întunecate PBH.

Radiația lui Hawking este Radiație termala pe care Stephen Hawking l-a prezis că va fi emis spontan din găurile negre. Se crede că această radiație provine din conversia fluctuațiilor în vidul cuantic în perechi de particule, una scăpând de gaura neagră și cealaltă prinsă în orizontul său de evenimente (adică granița din jurul găurilor negre din care nu poate ieși nicio lumină sau radiație).

„PBH-urile care conțin mai mult de câteva procente din materia întunecată ar trebui să aibă o masă cuprinsă între aproximativ 1016 grame și 1035 grame ”, a declarat Adam Coogan, unul dintre cercetătorii care au efectuat studiul, pentru Phys.org. „În cea mai mare parte a acestei game, diverse observații le exclud din constituirea materiei întunecate 100%. Cu toate acestea, există o diferență notabilă în constrângeri: PBH-urile cu mase apropiate de cea a unui asteroid (~ 1017 grame la 1022 grame) ar putea fi tot materie întunecată. “

Identificarea metodelor pentru a constrânge spațiul de parametri autorizat al PBH-urilor sau pentru a detecta radiația Hawking emanată de acestea ar putea fi un pas important către observarea sau descoperirea materiei întunecate PBH. Coogan, împreună cu colegii săi Logan Morrison și Stefano Profumo, și-au propus, prin urmare, să examineze potențialul telescoapelor cu raze gamma MeV ca instrumente pentru detectarea radiației PBH Hawking.

„Ideea principală din spatele muncii noastre a fost să ne gândim la un mod special de a căuta asteroizi în masă PBH”, a explicat Coogan. „PBH-urile luminoase ar trebui să emită radiații Hawking formate dintr-un amestec de fotoni și alte particule de lumină, cum ar fi electroni și pioni. Telescoapele pot apoi să caute această radiație observând galaxia sau alte galaxii. Scopul articolului nostru a fost să înțelegem cum viitoarele telescoape ar putea observa această radiație și, prin urmare, cât din spațiul parametrilor PBH ai masei asteroidului ar putea sonda. “

În timp ce încercau să estimeze masele de PBH pe care telescoapele emergente le-ar putea ajuta să restrângă, Coogan și colegii săi au constatat că studiile anterioare nu au analizat încă datele colectate de telescopul COMPTEL, un telescop cu raze gamma lansat de NASA la bordul Observatorului Compton Gamma Ray. (CGRO). Aceste date, totuși, ar putea ajuta la limitarea abundenței PBH-urilor la puțin sub decalajul de masă al asteroidului (adică sub 1017 grame). În timp ce constrângeri există deja în acest interval de masă datorită observațiilor radiației Hawking colectate de Voyager 1 și satelitul INTErational National Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL), noile constrângeri introduse de cercetători s-au dovedit a fi cele mai puternice în acest moment.

„Elementul cheie pentru calcularea tensiunilor și realizarea proiecțiilor este calcularea spectrului de radiații Hawking produs de un singur PBH”, a spus Coogan. „Am rafinat acest calcul în comparație cu instrumentele existente în literatură, îmbunătățind calea radiații produs de electroni și pioni este luat în considerare în spectru. Restul calculelor sunt destul de tipice pentru cercetarea materiei întunecate. “

Presupunând că PBH-urile unei mase specifice constituie o fracțiune dată din totalul materiei întunecate din spațiu, calculele efectuate de Coogan și colegii săi ar permite cercetătorilor să calculeze contribuția lor la spectrul fotonilor emiși de un obiect astrofizic despre care se crede că conține o cantitate substanțială de materie întunecată, precum centrul Căii Lactee. Dacă spectrul estimat prin aceste calcule ar fi mult mai strălucitor decât spectrul observat, de exemplu, s-ar putea exclude posibilitatea ca PBH-urile acestei mase specifice să constituie o fracțiune specifică a materiei întunecate.

„Realizarea de proiecții pentru performanța viitoarelor telescoape urmează linii similare, deși nu există un spectru observat cu care să comparăm”, a explicat Coogan. “În acest caz, spectrul fotonilor emiși de PBH este comparat cu un model pentru fundalul astrofizic așteptat al fotonilor.”

Studiul recent realizat de Coogan, Morrison și Profumo a definit cele mai puternice constrângeri privind PBH-urile cu masă redusă până în prezent, folosind datele colectate dintr-un experiment care a fost finalizat acum 20 de ani. În plus, cercetătorii au arătat că viitoarele telescoape capabile să observe razele gamma de energie MeV ar putea ajuta la sondarea PBH-urilor din masa asteroidului, care este o parte foarte dificilă a sondajului parametrului PBH.

„Comunitatea astronomică a analizat mai multe propuneri pentru astfel de telescoape în ultimii ani și cred că articolul nostru oferă o altă motivație solidă pentru a le construi”, a adăugat Coogan. “Pe lângă PBH-uri, am investigat cum urmatoarele telescoape cu raze gamma MeV ar putea sonda diferite modele de particule de materie întunecată. Am finalizat recent un alt articol în care am calculat spectrele de raze gamma pentru câteva modele particulare de acest tip. Și să lucrăm cu alți colaboratori pentru a rafina aceste calcule.

Coogan, Morrison și Profumo au colaborat recent și cu Alexander Moiseev, un om de știință de cercetare la NASA, care dezvoltă un telescop numit exploratorul galactic cu un telescop cu mască de diafragmă codificat Compton (GECCO). Împreună cu Moiseev, au încercat să definească mijloacele prin care GECCO ar putea ajuta în căutarea materiei întunecate.


De la găurile negre primordiale noi indicii la materia întunecată


Mai multe informatii:
Detectarea directă a radiației Hawking din găurile negre de masă asteroid primordială Scrisori de examinare fizică(2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.171101.

Constrângeri de precizie ale razelor gamma pentru modelele de substanță întunecată Sub-GeV arXiv: 2104.06168 [hep-ph]. arxiv.org/abs/2104.06168

Vânătoarea materiei întunecate și fizică nouă cu (a) GECCO. arXiv: 2101.10370 [astro-ph.HE]. arxiv.org/abs/2101.10370

© 2021 Science X Network

Citat: Noi posibilități de detectare a radiațiilor Hawking emise de găurile negre primare (2021, 21 iunie) Adus 21 iunie 2021 de pe https://phys.org/news/2021-06-possilities-hawking-emitted-primordial-black .html

Acest document este supus dreptului de autor. Cu excepția utilizării corecte în scopuri private de studiu sau cercetare, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este furnizat doar cu titlu informativ.

READ  Mai întâi pentru NASA. Oamenii de știință colectează cu succes dovezi pe suprafața unui asteroid

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *