Szukaj ciemnej materii w galaktyce z głębi Ziemi

Euclid, misja Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), która opuściła Ziemię 1^każdy lipca 2023 i postaramy się w szczególności rzucić światło na ciemną materię w galaktyce.

Dopiero w latach 70. XX wieku kwestia istnienia ciemnej materii wzbudziła zainteresowanie. Pod tym względem matiere noir jest złym francuskim tłumaczeniem angielskiego słowa „ciemna materia”, które oznacza raczej „niewidzialny” lub „niewidoczny/ukryty”. Gdyby było „czarne”, napisalibyśmy „czarne”.

amerykański astronom Wera Rubin, doktorant w latach 70., badający rotację galaktyk spiralnych (są trzy rodzaje galaktyk: spiralna, eliptyczna i nieregularna; nasza Galaktyka, Droga Mleczna, jest typu spiralnego). Badanie Very Rubin dotyczy kwestii, czy „masa świetlna”, tj. masa widzialna – wywnioskowana z obecności gwiazd – jest rzeczywiście równa masie dynamicznej (masa całkowita na podstawie badania dyspersji prędkości).

Opisując prędkość obrotową galaktyki jako funkcję jej odległości od centrum tej samej galaktyki, dokonuje się bezpośredniej miary globalnego rozmieszczenia materii w galaktyce. Maksymalna prędkość obrotowa galaktyki spiralnej wynosi kilka kiloparseków od centrum (parsek to jednostka długości astronomicznej odpowiadająca 3,26 lat świetlnych, 206 265 jednostek astronomicznych lub około 30 900 miliardów kilometrów) i powinna się zmniejszać. Dzieje się tak, ponieważ gwiazdy na obrzeżach galaktyki krążą wokół centrum, tak jak planety krążą wokół słońca. Gwiazdy na obrzeżach galaktyki mają mniejszą prędkość orbitalną niż gwiazdy w pobliżu jej centrum.

Jednak Vera Rubin zauważa, że ​​gwiazdy na obrzeżach galaktyki Andromedy — podobnie jak inne galaktyki spiralne — wydają się obracać bardzo szybko (prędkości pozostają praktycznie stałe, gdy oddala się od centrum). Doszedłem do wniosku, że do wyjaśnienia tych prędkości obrotowych brakuje masy. Kilka innych podobnych obserwacji dokonano w latach 80., wzmacniając obserwacje Very Rubin. Poszukiwanie ciemnej materii jest zatem intensywnym celem badawczym w astrofizyce, astronomicznych cząstkach i fizyce cząstek elementarnych.

Czytaj więcej

Depuis l’observation of fond cosmologique lub rayonnement fossile (residu d’un rayonnement émis by the loresqu’il était dans dans une phase tres chaude et gęsty, au all début, juste ee 380 000 ans apres le Big Bang) przez satelity gdzie deskaciemna materia wydaje się być sześć razy masywniejsza niż materia widzialna; Powinien stanowić około 26% wszechświata, więc materia, o której wiemy, że składa się na wszystkie gwiazdy i galaktyki, stanowi tylko 5% zawartości wszechświata. Ciemna materia nie oddziałuje ani nie oddziałuje z „normalną” materią (naszym znanym światem), co bardzo utrudnia jej wykrycie i scharakteryzowanie. Jego istnienie ujawnia się dopiero pod wpływem grawitacji.

Wiele badań prowadzi się również na ziemi, a dokładniej pod ziemią, na przykład w akceleratorze LHC w CERN.

Poszukiwania pod ziemią

Zaletą podziemnych eksperymentów jest połączenie bezpośredniej i pośredniej detekcji ciemnej materii z badań astronomicznych. Dlatego silna synergia między sondami astrofizycznymi (sonda pośrednia) i podziemnymi laboratoriami (sonda bezpośrednia) może wspólnie mierzyć i ograniczać wpływ ciemnej materii. Jedenaście podziemnych laboratoriów prowadzi badania ciemnej materii i innych obiektów astrofizycznych na półkuli północnej.

Na przykład we Francji istnieje podziemne laboratorium Modane, niedaleko włoskiej granicy, gdzie odbywa się eksperyment szarotka alpejska Ta hipoteza ciemnej materii pod górą była badana przez piętnaście lat.

Podziemne laboratoria są dość głębokie. Najgłębsze instalowane są w starych kopalniach, takich jak SNOLAB w Kanadzie (2000m) czy CJPL w Chinach (2400m). Podziemne laboratoria w Modani (LSM, Francja) i Gran Sasso (LNGS, Włochy) znajdują się na głębokości około 1700 m i 1400 m poniżej skały górskiej oraz w tunelu (Fréjus/Gran Sasso).

Naturalnie podziemna lokalizacja zapewnia wysokie tłumienie cząstek promieniowania kosmicznego wytwarzanych w atmosferze, a tym samym przez kosmiczne produkty uboczne (takie jak jądra radioaktywny)

Jak wykrywamy ciemną materię pod ziemią?

Ta ciemna materia w naszej galaktyce jest rodzajem „obcego” gazu cząstek, w którym się kąpiemy. Kiedy Ziemia porusza się po galaktyce, bezpośrednio napotyka te cząstki, więc nie ma potrzeby jechać daleko, aby je znaleźć. Ale żeby móc go obserwować bezpośrednio, musi oddziaływać ze zwykłą materią.

Kiedy cząstka ciemnej materii uderza w jądro zwykłej materii, może spowodować jej odbicie. Wykrycie tego niewielkiego ruchu umożliwi podpisanie jego przejścia.

Aby zapewnić wychwytywanie tak rzadkich i nieistotnych zdarzeń, detektory muszą być zaprojektowane z materiału, który nie jest bardzo radioaktywny i osłonięty przed promieniowaniem błądzącym, aby zminimalizować szum tła, który maskowałby pożądany sygnał. Stąd zainteresowanie instalowaniem obserwatoriów w podziemnych laboratoriach, aby uniknąć, jak wspomnieliśmy, maksymalnej ilości promieniowania (kosmicznego i radioaktywnego), które mogłoby zakłócić pomiary.

Badania prowadzone w podziemnych laboratoriach zbudowanych w latach 80. i 90. miały na celu badanie zjawisk związanych z fizyką wysokich energii i astrocząstek (wiek protonów, fizyka neutrin itp.). XXI^H Wiek ten zapoczątkował bardziej ambitne eksperymenty badające ciemną materię we wszechświecie.

Jednak wraz z postępem technologii i podstawowej wiedzy podziemne laboratoria szybko stały się niezwykle przydatne w innych dyscyplinach. Stąd zainteresowanie krajów wschodzących, aby zobowiązać się do udziału w rozwoju tych infrastruktur, takich jak projekty ANDES (Argentyna / Chile) i PAUL (Republika Południowej Afryki). Laboratoria te przodują w badaniach astrocząstek, ale także innych działaniach związanych z pomiarami radioaktywności niskiego poziomu dla biologii.

Istnieją również ogromne możliwości badań w sejsmologii, klimatologii, glacjologii i astrobiologii. Możliwość kontrolowania warunków świetlnych i innych parametrów środowiskowych sprawia, że ​​podziemne laboratoria są idealnymi miejscami do eksperymentowania z hydroponiką, np. z grzybami. Oferują inne możliwości, takie jak określenie możliwości wykorzystania podziemia jako środowiska pracy, a nawet zaaranżowanie tuneli jako środowisk mieszkalnych.

Inne alternatywne hipotezy wyjaśniają zjawisko zaobserwowane przez Verę Rubin. Ciemna materia może nie istnieć, a założenie, że istnieje, może wynikać z częściowego niezrozumienia praw grawitacji. Inne teorie postulują istnienie antygrawitacji lub Istnienie ujemnych mas w naszym wszechświecie, podobnie jak dodatnie i ujemne ładunki elektryczne. Umożliwia to wizualizację wszechświata bez ciemnej materii.

W oczekiwaniu na wyniki poszukiwań możemy wybrać się na wycieczkę w świat science fiction niczym z serialu telewizyjnego ciemny Gdzie kula ciemnej materii stworzona przez elektrownię atomową umożliwia podróże w czasie. Więcej relaksu, seria Futurama kiedy i gdzie „Niplończycy”Te paskudne małe stworzenia trawią swoje pożywienie w postaci gęstych czarnych kul z ciemnej materii, kulek odchodów, które służą również jako paliwo dla statków kosmicznych.

Oryginalna wersja tego artykułu była & # 233; t & # 233; Opublikowany w dialog, serwis informacyjny & # 224; d & # 233; de & # 233; Aby wymieniać się pomysłami między ekspertami akademickimi a ogółem społeczeństwa.

Czytaj więcej: