Een paar jaar geleden stuurde de Payload for Antimatter Matter Exploration en Light-nuclei Astrophysics, PAMELA, ons wat nieuwsgierige informatie terug… een overload aan anti-materie in de Melkweg. Waarom heeft dit lid van het kosmische straalspectrum interessante implicaties voor de wetenschappelijke gemeenschap? Het kan het bewijs zijn dat nodig is om het bestaan van donkere materie te bevestigen.
Door gebruik te maken van de Fermi Large Area Telescope, konden onderzoekers van het Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) van de Stanford University de resultaten van PAMELA's bevindingen verifiëren. Sterker nog, door in het hoge energiegebied van het spectrum te zijn, lijken deze overvloed het huidige denken over het gedrag van donkere materie en hoe het positronen zou kunnen produceren, te verifiëren.
'Er zijn verschillende theorieën, maar het basisidee is dat als een deeltje van donkere materie zijn anti-deeltje zou ontmoeten, beide vernietigd zouden worden. En dat vernietigingsproces zou nieuwe deeltjes opleveren, waaronder positronen. ” zegt Stephan Funk, een assistent-professor aan Stanford en lid van KIPAC. “Toen het PAMELA-experiment keek naar het spectrum van positronen, wat inhoudt dat positronen over een reeks energieniveaus worden bemonsterd, vond het meer dan verwacht zou worden van reeds begrepen astrofysische processen. De reden dat PAMELA zo'n opwinding veroorzaakte, is dat het op zijn minst mogelijk is dat de overtollige positronen afkomstig zijn van vernietiging van donkere materiedeeltjes. "
Maar er was een storing in wat een vlotte oplossing zou kunnen zijn. In het huidige denken zakt het positron-signaal weg wanneer het een specifiek niveau bereikt - een bevinding die niet werd geverifieerd en de onderzoekers ertoe bracht de resultaten niet doorslaggevend te vinden. Maar het onderzoek eindigde daar niet. Het team bestaande uit Funk, Justin Vandenbroucke, een postdoc en Kavli Fellow en door avli ondersteunde afgestudeerde student Warit Mitthumsiri, bedacht een aantal creatieve oplossingen. Hoewel de Fermi Gamma-ray-ruimtetelescoop geen onderscheid kan maken tussen negatief geladen elektronen en positief geladen positronen zonder magneet, kwam de groep op slechts een paar honderd kilometer afstand met hun behoeften.
Het eigen magnetische veld van de aarde ...
Dat is juist. Onze eigen planeet is in staat om de paden van deze sterk geladen deeltjes te buigen. Nu was het tijd voor het onderzoeksteam om een studie over geofysica-kaarten te starten en precies uit te zoeken hoe de aarde de eerder gedetecteerde deeltjes aan het zeven was. Het was een nieuwe manier om bevindingen te filteren, maar zou het kunnen werken?
“Het leukste aan deze analyse was voor mij het interdisciplinaire karakter. We hadden absoluut niet kunnen meten zonder deze gedetailleerde kaart van het magnetische veld van de aarde, die werd geleverd door een internationaal team van geofysici. Dus om deze meting te doen, moesten we het magnetische veld van de aarde begrijpen, wat betekende dat we ons moesten verdiepen in werk dat om heel andere redenen door wetenschappers in een andere discipline werd gepubliceerd. " zei Vandenbroucke. “De grote afhaal hier is hoe waardevol het is om de wereld om ons heen op zoveel mogelijk manieren te meten en te begrijpen. Als je eenmaal deze basiswetenschappelijke kennis hebt, is het vaak verrassend hoe die kennis nuttig kan zijn. "
Vreemd genoeg kwamen ze nog steeds met meer dan de verwachte hoeveelheid antimaterie-positronen zoals eerder gemeld Natuur. Maar nogmaals, de bevindingen toonden niet de theoretische afname die te verwachten was als het om donkere materie ging. Ondanks deze niet-overtuigende resultaten, is het nog steeds een unieke manier om naar moeilijke onderzoeken te kijken en het meeste te halen uit wat voorhanden is.
“Ik vind het fascinerend om te proberen het maximale uit een astrofysisch instrument te halen en ik denk dat we dat met deze meting hebben gedaan. Het was zeer bevredigend dat onze aanpak, hoe nieuw ook, zo goed leek te werken. Je moet ook echt gaan waar de wetenschap je heen brengt. ' zegt Funk. “Onze motivatie was om de PAMELA-resultaten te bevestigen omdat ze zo spannend en onverwacht zijn. En voor zover ik begrijp wat het heelal ons hier eigenlijk probeert te vertellen, denk ik dat het belangrijk was dat de PAMELA-resultaten werden bevestigd door een heel ander instrument en een andere techniek. ”
Oorspronkelijke verhaalbron: Kavli Foundation News Release. Voor verder lezen: meting van afzonderlijke kosmische-straalelektronen en positronenspectra met de Fermi Large Area Telescope.
