Identificar a matéria escura do Universo é um dos problemas mais intruiging da física moderna cosmologia logia e de partículas. Vários experimentos estão em andamento em todo o mundo, incluindo testes para detectar candidatos matéria escura conhecida como fraca interação das partículas massivas (WIMPs) enquanto viajam através da Terra e no Grande Colisor de Hádrons (LHC), que está tentando produzir WIMPs através de feixe de prótons colisões .Um novo estudo conduzido por Fabio Iocco que está atualmente no Oskar Klein Centro de Física CosmoParticle em Estocolmo e Taoso Marco, atualmente na Universidade de British Columbia em Vancouver, Florent Leclercq, da Universidade de Paris e École Polytechnique ParisTech em Palaiseau, França, e Georges Meynet da Universidade de Genebra, na Suíça, mostra que pouco aniquilando partículas de matéria escura Wimps capturado dentro de uma estrela pode fornecer uma fonte adicional de energia para a estrela, resultando em alterações na sua estrutura e aparência, fornecendo aos cientistas uma nova ferramenta para detectar e analisar a matéria escura. Na presença de auto-aniquilação, WIMPs capturados dentro de uma estrela pode fornecer uma fonte exótica de energia. Considerando que os efeitos sobre o Sol são desprezíveis por causa da densidade de matéria escura pequena na vizinhança solar, podem ser notável em estrelas que vivem em densas matéria escura ambientes como centro galáctico da Via Láctea (imagem acima), ou em halos galácticos.
Este é o caso, por exemplo, de muitos assimétricos DM (ADM) modelos, em que aniquilações DM não pode ocorrer na presença de uma assimetria entre as partículas de DM e antipartículas. Ainda, estas partículas acumularam no uma estrela "pode núcleos de dispersão e transporte de energia no seu seio. Este efeito resulta em uma modi-cação da densidade e da temperatura pró les que podem conduzir a alterações detectáveis das uxes solares neutrinos e modos de gravidade ; mais objetos compactos como estrelas de nêutrons podem acumular partículas suficientes para atingir a massa de Chandrasekhar e conduzir o colapso de um buraco negro central.
A equipe investigadora revelou que o transporte de energia induzida por assimétrica transporte de energia induzida importa assimétrica escuro acumulando dentro dessas estrelas pode provocar efeitos dramáticos sobre a estrutura estelar.
Os cientistas deram o passo seguinte e aplicado esta estratégia para estrelas da sequência principal em ambientes com altas densidades ADM. Estrelas da sequência principal têm uma relação específica entre a temperatura (ou cor) e luminosidade. Em geral, quanto mais quente de uma estrela, mais brilhante que é.
Quando uma estrela sequência principal contém ADM, no entanto, que se desvia do caminho padrão. A densidades baixas, a ADM-driven mecanismo de transporte de energia faz a mais brilhante estrela (e maior) em relação à sua temperatura, movendo-se a estrela acima do caminho padrão. A densidades elevadas, o mesmo mecanismo faz com que o mais frio estrela (e menor) em relação à sua luminosidade, movendo-o para a direita do caminho padrão.
Como explicam os pesquisadores, estes desvios resultado de uma interação complexa entre a ADM ea estrela, que começa quando a ADM dispersão de partículas off núcleos da matéria estrela. Uma vez que as partículas maiores ADM podem viajar mais do que o núcleo, a matéria escura transporta a energia de calor gerado por estas interacções fora do núcleo da estrela, resultando em um dissipador de energia no núcleo.
Em baixas densidades ADM, a geração da estrela da energia nuclear é reduzida no centro do núcleo, ea estrela tenta compensar pelo aumento da produção de energia nuclear fora do núcleo. A taxa de reação aumento nuclear permite a estrela para alcançar um novo equilíbrio, mas também torna a estrela maior e mais brilhante.
Em altas densidades ADM, a matéria escura reduz a geração nuclear em todo o núcleo nuclear. Os contratos de estrelas oprimido, tornando-se menor e mais fria.
Os cientistas calcularam que os efeitos devem ser maior de estrelas com massas em torno do nosso Sol ou um pouco menor. Esta é uma boa notícia, considerando 60% da massa estelar da Via Láctea deverá existir na faixa de 0,1 a 1,0 massas solares.
Os pesquisadores alertam que as chances de observar claramente estrelas em ambientes distantes, tais como núcleos galácticos e halos pode ser difícil. Atuais técnicas de observação de estrelas nessas distâncias envolvem grandes incertezas das temperaturas das estrelas e luminosidades.
No entanto, os cientistas também assinalam que é possível que as estrelas poderiam capturar a ADM em um ambiente rico em matéria escura, e depois migrar para outro lugar da galáxia, talvez mais perto de nós. Neste caso, os cientistas prever que os efeitos da matéria escura ainda seria visível e mais facilmente detectável.
Em outros lugares, em um estudo de 2011 antes da matéria escura em galáxias anãs, Fermi, da NASA Telescópio Espacial de Raios Gama abaixo mostra sete galáxias anãs, circulados em branco. Observações indicam as galáxias anãs estão cheios de matéria escura porque o movimento das suas estrelas não podem ser totalmente explicada pela sua massa por si só, tornando-os locais ideais para procurar sinais de aniquilação de matéria escura.
Em 2011, Brown University professor assistente Savvas Koushiappas e estudante Alex relatório Geringer-Sameth que a matéria escura deve ter uma massa superior a 40 giga-elétron volts em matéria escura colisões envolvendo quarks pesados. (As massas das partículas elementares são regularmente expressa no termo de elétron-volts).
A distinção é importante porque lança dúvidas sobre resultados recentes de experimentos subterrâneos que relataram a detecção de matéria escura. Utilizando dados publicamente disponíveis coletados a partir de um instrumento sobre o Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray e uma nova abordagem estatística, a par Brown constrangido a massa de partículas de matéria escura através do cálculo da taxa na qual as partículas são pensados para anular-se mutuamente em galáxias que orbitam a Via Láctea.
"O que descobrimos é se a massa de uma partícula é inferior a 40 GeV, então não pode ser a partícula de matéria escura," disse Koushiappas.
As medidas observacionais são importantes porque dúvidas sobre resultados recentes de colaborações de matéria escura que relataram detectar a partícula indescritível em experimentos subterrâneos. Essas colaborações dizem ter encontrado matéria escura com massas variando de 7 a 12 GeV, menos do que o limite determinado pelos físicos Brown.
"Se por causa do argumento de massa de uma partícula de matéria escura é inferior a 40 GeV, isso significa que a quantidade de matéria escura no universo hoje seria muito mais que o universo não poderia estar se expandindo a uma taxa acelerada que observamos", Koushiappas disse , referindo-se a 2011 o Prêmio Nobel em física que foi concedido pela descoberta de que a expansão do universo está acelerando. Independentemente disso, a colaboração Fermi-LAT chegou a resultados semelhantes, utilizando uma metodologia diferente.
Os físicos acreditam que tudo o que pode ser visto - planetas, estrelas, galáxias e tudo o mais - faz-se apenas 4 por cento do universo. Observações indicam que as contas de matéria escuro durante cerca de 23 por cento do universo, enquanto a parte restante é constituída por energia escura, a força para crer que causam expansão acelerada do universo.
O problema é a matéria escura ea energia escura não emitem radiação eletromagnética como as estrelas e planetas, pois eles podem ser "visto" apenas através de seus efeitos gravitacionais. Seu perfil sombrio e sua massa pesada são as principais razões por que a matéria escura é suspeita de ser uma partícula interagindo fracamente maciça (WIMP), o que torna muito difícil de estudar.
O que os físicos sabem é que quando um WIMP e sua anti-partícula colidir em um processo conhecido como aniquilação, os detritos vomitava é composta de quarks e léptons pesados. Os físicos também sabem que quando um quark e seu irmão aniquilar anti-quark, eles produzem um jato de partículas que inclui fótons, ou luz.
Koushiappas e Geringer-Sameth em essência, inverteu a reação em cadeia da aniquilação. Eles estão de olho em sete galáxias anãs, que observações mostram cheios de matéria escura porque o movimento das suas estrelas não podem ser totalmente explicada pela sua massa sozinho.
Essas galáxias anãs são também em grande parte desprovida de gás de hidrogênio e da matéria comum a outro, ou seja, eles oferecem uma tela em branco para melhor observar a matéria escura e seus efeitos. "Há uma relação sinal-ruído alto. Eles são sistemas limpos ", disse Koushiappas.
A dupla analisou dados de raios gama coletados ao longo de um período de três anos pelo telescópio Fermi para medir o número de fótons nas galáxias anãs. A partir do número de fotões, os investigadores de Brown foram capazes de determinar a taxa de produção quark, a qual, por sua vez, permitiu a criação de restrições sobre a massa de partículas de matéria escura e da taxa à qual eles aniquilar.
"Esta é a primeira vez que podemos excluir genéricos WIMP partículas que poderia explicar a abundância de matéria escura no universo", disse Koushiappas.
Geringer-Sameth desenvolveu o quadro estatístico para analisar os dados e, em seguida, aplicou-a a observações das galáxias anãs.
"Este é um momento muito emocionante em busca de matéria escura, porque muitas ferramentas experimentais estão finalmente a aproximar-se de longa data teorias sobre o que a matéria escura realmente é", disse Geringer-Sameth, de Croton-on-Hudson, NY "Estamos começando a realmente colocar essas teorias à prova."
Este é o caso, por exemplo, de muitos assimétricos DM (ADM) modelos, em que aniquilações DM não pode ocorrer na presença de uma assimetria entre as partículas de DM e antipartículas. Ainda, estas partículas acumularam no uma estrela "pode núcleos de dispersão e transporte de energia no seu seio. Este efeito resulta em uma modi-cação da densidade e da temperatura pró les que podem conduzir a alterações detectáveis das uxes solares neutrinos e modos de gravidade ; mais objetos compactos como estrelas de nêutrons podem acumular partículas suficientes para atingir a massa de Chandrasekhar e conduzir o colapso de um buraco negro central.
A equipe investigadora revelou que o transporte de energia induzida por assimétrica transporte de energia induzida importa assimétrica escuro acumulando dentro dessas estrelas pode provocar efeitos dramáticos sobre a estrutura estelar.
Os cientistas deram o passo seguinte e aplicado esta estratégia para estrelas da sequência principal em ambientes com altas densidades ADM. Estrelas da sequência principal têm uma relação específica entre a temperatura (ou cor) e luminosidade. Em geral, quanto mais quente de uma estrela, mais brilhante que é.
Quando uma estrela sequência principal contém ADM, no entanto, que se desvia do caminho padrão. A densidades baixas, a ADM-driven mecanismo de transporte de energia faz a mais brilhante estrela (e maior) em relação à sua temperatura, movendo-se a estrela acima do caminho padrão. A densidades elevadas, o mesmo mecanismo faz com que o mais frio estrela (e menor) em relação à sua luminosidade, movendo-o para a direita do caminho padrão.
Como explicam os pesquisadores, estes desvios resultado de uma interação complexa entre a ADM ea estrela, que começa quando a ADM dispersão de partículas off núcleos da matéria estrela. Uma vez que as partículas maiores ADM podem viajar mais do que o núcleo, a matéria escura transporta a energia de calor gerado por estas interacções fora do núcleo da estrela, resultando em um dissipador de energia no núcleo.
Em baixas densidades ADM, a geração da estrela da energia nuclear é reduzida no centro do núcleo, ea estrela tenta compensar pelo aumento da produção de energia nuclear fora do núcleo. A taxa de reação aumento nuclear permite a estrela para alcançar um novo equilíbrio, mas também torna a estrela maior e mais brilhante.
Em altas densidades ADM, a matéria escura reduz a geração nuclear em todo o núcleo nuclear. Os contratos de estrelas oprimido, tornando-se menor e mais fria.
Os cientistas calcularam que os efeitos devem ser maior de estrelas com massas em torno do nosso Sol ou um pouco menor. Esta é uma boa notícia, considerando 60% da massa estelar da Via Láctea deverá existir na faixa de 0,1 a 1,0 massas solares.
Os pesquisadores alertam que as chances de observar claramente estrelas em ambientes distantes, tais como núcleos galácticos e halos pode ser difícil. Atuais técnicas de observação de estrelas nessas distâncias envolvem grandes incertezas das temperaturas das estrelas e luminosidades.
No entanto, os cientistas também assinalam que é possível que as estrelas poderiam capturar a ADM em um ambiente rico em matéria escura, e depois migrar para outro lugar da galáxia, talvez mais perto de nós. Neste caso, os cientistas prever que os efeitos da matéria escura ainda seria visível e mais facilmente detectável.
Em outros lugares, em um estudo de 2011 antes da matéria escura em galáxias anãs, Fermi, da NASA Telescópio Espacial de Raios Gama abaixo mostra sete galáxias anãs, circulados em branco. Observações indicam as galáxias anãs estão cheios de matéria escura porque o movimento das suas estrelas não podem ser totalmente explicada pela sua massa por si só, tornando-os locais ideais para procurar sinais de aniquilação de matéria escura.
Em 2011, Brown University professor assistente Savvas Koushiappas e estudante Alex relatório Geringer-Sameth que a matéria escura deve ter uma massa superior a 40 giga-elétron volts em matéria escura colisões envolvendo quarks pesados. (As massas das partículas elementares são regularmente expressa no termo de elétron-volts).
A distinção é importante porque lança dúvidas sobre resultados recentes de experimentos subterrâneos que relataram a detecção de matéria escura. Utilizando dados publicamente disponíveis coletados a partir de um instrumento sobre o Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray e uma nova abordagem estatística, a par Brown constrangido a massa de partículas de matéria escura através do cálculo da taxa na qual as partículas são pensados para anular-se mutuamente em galáxias que orbitam a Via Láctea.
"O que descobrimos é se a massa de uma partícula é inferior a 40 GeV, então não pode ser a partícula de matéria escura," disse Koushiappas.
As medidas observacionais são importantes porque dúvidas sobre resultados recentes de colaborações de matéria escura que relataram detectar a partícula indescritível em experimentos subterrâneos. Essas colaborações dizem ter encontrado matéria escura com massas variando de 7 a 12 GeV, menos do que o limite determinado pelos físicos Brown.
"Se por causa do argumento de massa de uma partícula de matéria escura é inferior a 40 GeV, isso significa que a quantidade de matéria escura no universo hoje seria muito mais que o universo não poderia estar se expandindo a uma taxa acelerada que observamos", Koushiappas disse , referindo-se a 2011 o Prêmio Nobel em física que foi concedido pela descoberta de que a expansão do universo está acelerando. Independentemente disso, a colaboração Fermi-LAT chegou a resultados semelhantes, utilizando uma metodologia diferente.
Os físicos acreditam que tudo o que pode ser visto - planetas, estrelas, galáxias e tudo o mais - faz-se apenas 4 por cento do universo. Observações indicam que as contas de matéria escuro durante cerca de 23 por cento do universo, enquanto a parte restante é constituída por energia escura, a força para crer que causam expansão acelerada do universo.
O problema é a matéria escura ea energia escura não emitem radiação eletromagnética como as estrelas e planetas, pois eles podem ser "visto" apenas através de seus efeitos gravitacionais. Seu perfil sombrio e sua massa pesada são as principais razões por que a matéria escura é suspeita de ser uma partícula interagindo fracamente maciça (WIMP), o que torna muito difícil de estudar.
O que os físicos sabem é que quando um WIMP e sua anti-partícula colidir em um processo conhecido como aniquilação, os detritos vomitava é composta de quarks e léptons pesados. Os físicos também sabem que quando um quark e seu irmão aniquilar anti-quark, eles produzem um jato de partículas que inclui fótons, ou luz.
Koushiappas e Geringer-Sameth em essência, inverteu a reação em cadeia da aniquilação. Eles estão de olho em sete galáxias anãs, que observações mostram cheios de matéria escura porque o movimento das suas estrelas não podem ser totalmente explicada pela sua massa sozinho.
Essas galáxias anãs são também em grande parte desprovida de gás de hidrogênio e da matéria comum a outro, ou seja, eles oferecem uma tela em branco para melhor observar a matéria escura e seus efeitos. "Há uma relação sinal-ruído alto. Eles são sistemas limpos ", disse Koushiappas.
A dupla analisou dados de raios gama coletados ao longo de um período de três anos pelo telescópio Fermi para medir o número de fótons nas galáxias anãs. A partir do número de fotões, os investigadores de Brown foram capazes de determinar a taxa de produção quark, a qual, por sua vez, permitiu a criação de restrições sobre a massa de partículas de matéria escura e da taxa à qual eles aniquilar.
"Esta é a primeira vez que podemos excluir genéricos WIMP partículas que poderia explicar a abundância de matéria escura no universo", disse Koushiappas.
Geringer-Sameth desenvolveu o quadro estatístico para analisar os dados e, em seguida, aplicou-a a observações das galáxias anãs.
"Este é um momento muito emocionante em busca de matéria escura, porque muitas ferramentas experimentais estão finalmente a aproximar-se de longa data teorias sobre o que a matéria escura realmente é", disse Geringer-Sameth, de Croton-on-Hudson, NY "Estamos começando a realmente colocar essas teorias à prova."
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