Jak astronomowie wykorzystują pulsary do obserwacji dowodów na istnienie ciemnej materii?

Z pomocą gwiazd neutronowych naukowcy wykryli dowody na istnienie potencjalnych obiektów ciemnej materii. Pulsary obracając się z ogromnymi prędkościami, emitują wiązki fal radiowych, które szybko omiatają przestrzeń kosmiczną – zostały one wykorzystane do identyfikacji tajemniczych ukrytych mas.

.Jak tłumaczą badacze, pulsary zyskały swój przydomek, ponieważ wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne w bardzo regularnych odstępach czasu, od milisekund do sekund, co czyni je niezwykle dokładnymi czasomierzami.

„Nauka opracowała bardzo precyzyjne metody pomiaru czasu. Na Ziemi mamy zegary atomowe, a w kosmosie pulsary. Chociaż od ponad wieku wiadomo, że grawitacja spowalnia światło, do tej pory było bardzo niewiele zastosowań tego zjawiska” – mówi profesor John LoSecco z University of Notre Dame.

Astronomowie z University of Notre Dame, pod kierownictwem profesora Johna LoSecco zaobserwowali zmiany i opóźnienia w czasie pulsara, co wskazuje, że wiązki radiowe podróżowały wokół niewidocznej koncentracji masy gdzieś pomiędzy pulsarem a teleskopem. Badacze uważają, że te niewidoczne struktury są kandydatami na obiekty ciemnej materii.

Naukowcy badali opóźnienia w czasie nadejścia impulsów radiowych, które zwykle mają nanosekundową dokładność. Przeszukiwali ich ścieżkę w ramach badania PPTA2 z Parkes Pulsar Timing Array. Projekt ten umożliwia precyzyjne pomiary czasu nadejścia impulsów przy użyciu danych z siedmiu różnych radioteleskopów: Effelsberg, Nançay, Westerbork, Green Bank, Arecibo, Parkes i Lovell.

Impulsy mają częstotliwość około trzech tygodni w trzech pasmach obserwacyjnych. Odchylenia w czasach przybycia spowodowane ciemną materią mają, zdaniem astronomów, dobrze zdefiniowany kształt i rozmiar proporcjonalny do jej masy. Światło przechodzące w pobliżu obszarów ciemnej materii będzie spowolnione przez jej obecność. Przeszukanie precyzyjnych danych z 65 „milisekundowych pulsarów” ujawniło około tuzina incydentów, które wydają się być interakcjami z ciemną materią.

„Wykorzystujemy fakt, że Ziemia się porusza, Słońce się porusza, pulsar się porusza, a nawet ciemna materia się porusza. Obserwujemy odchylenia w czasie przybycia spowodowane zmianą odległości między masą, którą uchwyciliśmy, a linią wzroku do pulsara” – tłumaczy profesor John LoSecco.

Masa wielkości Słońca może powodować opóźnienie rzędu 10 mikrosekund. Obserwacje przeprowadzone przez badaczy mają rozdzielczość rzędu nanosekund, czyli 10 tysięcy razy mniejszą.

.„Jedno z odkryć sugeruje zniekształcenie około 20 proc. masy Słońca. Ten obiekt może być kandydatem na ciemną materię. Jednak prawdziwa natura ciemnej materii jest tajemnicą. Badania te rzucają nowe światło na jej możliwe właściwości i rozmieszczenie w Drodze Mlecznej, a także mogą poprawić dokładność precyzyjnych danych dotyczących pulsarów” – podsumowuje profesor John LoSecco.

Oprac. EG