A Busca pela Matéria Escura: Axions e Pulsars
Cientistas estão explorando axions ultra-leves usando pulsares pra desvendar o mistério da matéria escura.
N. K. Porayko, P. Usynina, J. Terol-Calvo, J. Martin Camalich, G. M. Shaifullah, A. Castillo, D. Blas, L. Guillemot, M. Peel, C. Tiburzi, K. Postnov, M. Kramer, J. Antoniadis, S. Babak, A. -S. Bak Nielsen, E. Barausse, C. G. Bassa, C. Blanchard, M. Bonetti, E. Bortolas, P. R. Brook, M. Burgay, R. N. Caballero, A. Chalumeau, D. J. Champion, S. Chanlaridis, S. Chen, I. Cognard, G. Desvignes, M. Falxa, R. D. Ferdman, A. Franchini, J. R. Gair, B. Goncharov, E. Graikou, J. -M. Grießmeier, Y. J. Guo, H. Hu, F. Iraci, D. Izquierdo-Villalba, J. Jang, J. Jawor, G. H. Janssen, A. Jessner, R. Karuppusamy, E. F. Keane, M. J. Keith, M. A. Krishnakumar, K. Lackeos, K. J. Lee, K. Liu, Y. Liu, A. G. Lyne, J. W. McKee, R. A. Main, M. B. Mickaliger, I. C. Niţu, A. Parthasarathy, B. B. P. Perera, D. Perrodin, A. Petiteau, A. Possenti, H. Quelquejay Leclere, A. Samajdar, S. A. Sanidas, A. Sesana, L. Speri, R. Spiewak, B. W. Stappers, S. C. Susarla, G. Theureau, E. van der Wateren, A. Vecchio, V. Venkatraman Krishnan, J. Wang, L. Wang, Z. Wu
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Índice
A Matéria Escura é um dos grandes mistérios da ciência moderna. Embora a gente não consiga vê-la ou tocá-la, sabemos que ela existe por causa do que causa nas coisas que podemos observar, tipo estrelas e galáxias. Imagina tentar resolver um quebra-cabeça com peças faltando. É isso que os cientistas estão fazendo quando tentam descobrir o que é a matéria escura. Um dos candidatos mais empolgantes para a matéria escura é uma coisa chamada Axions ultraleves, que soam como personagens de um filme de ficção científica, mas na verdade são partículas minúsculas que podem ajudar a explicar a massa oculta do universo.
A Natureza Misteriosa da Matéria Escura
Pra entender a matéria escura, você precisa imaginar um universo cheio de coisas invisíveis. Os cientistas acham que cerca de 27% do universo é feito de matéria escura. O resto? Isso é principalmente matéria comum, a que a gente conhece—tipo estrelas, planetas e a sua pizza que sobrou.
Mas aqui tá a pegadinha: a gente não consegue ver a matéria escura. Sabemos que ela tá aí por causa dos seus efeitos gravitacionais. Ela puxa e molda galáxias e aglomerados, como um mestre de marionetes puxando as cordas. As pessoas já propuseram várias ideias sobre o que a matéria escura poderia ser, e uma das mais intrigantes é a matéria escura de axions ultraleves.
O Que São Axions?
Pensa numa partícula tão leve que mal tem massa. Essas são os axions, que são partículas hipotéticas que poderiam ajudar a resolver o mistério da matéria escura. Eles foram introduzidos pela primeira vez nos anos 70 pra explicar um problema diferente na física, mas logo se tornaram um candidato promissor pra matéria escura.
Imagina os axions como os primos tímidos de outras partículas. Eles não curtem muito interagir com nada, o que os torna bem difíceis de detectar. Mas se a gente conseguir encontrá-los, isso pode mudar nosso entendimento sobre o universo.
O Papel dos Pulsars
Agora, vamos adicionar alguns pulsars à mistura. Um pulsar é como um farol cósmico, mandando feixes de radiação pro espaço. Imagina que você tá na praia, e alguém tá acenando com uma lanterna no ar. Se você estiver na posição certa, vai ver a luz. Os pulsars são parecidos, e ajudam a gente a detectar mudanças em coisas como radiação e Polarização.
Polarização é uma forma de as ondas de luz serem orientadas numa direção específica. Quando a luz viaja através de um meio afetado por axions, sua polarização pode mudar. Observando a luz dos pulsars, os cientistas podem procurar Sinais de axions.
Como Procuramos Axions?
Pra encontrar esses axions esquivos, os cientistas analisam a luz que vem dos pulsars. Eles buscam mudanças sutis na polarização da luz. Não é fácil; é como tentar ouvir um sussurro fraco numa sala cheia de gente.
Eles usam técnicas avançadas pra filtrar um monte de dados, na esperança de pegar um vislumbre dos efeitos dos axions. Um método que usam é chamado de periodograma de Lomb-Scargle. Ele ajuda os cientistas a encontrar sinais periódicos nos dados, bem parecido com sintonizar um rádio pra achar uma estação específica.
Até agora, os pesquisadores já olharam pra muitos pulsars, tentando detectar sinais que possam indicar a presença de axions. Eles coletam dados de vários telescópios de rádio na Europa, que funcionam como grandes ouvidos ouvindo os sons fracos dos axions.
Os Desafios de Detectar Matéria Escura
Detectar matéria escura não é moleza. É como tentar pegar fumaça com as mãos nuas. Tem muitos fatores que podem interferir nos sinais que os pesquisadores esperam encontrar. Isso inclui outras fontes cósmicas, como ondas de rádio emitidas por estrelas próximas e até a ionosfera, que pode distorcer sinais que passam por ela.
Mesmo com as melhores ferramentas e métodos, às vezes os pesquisadores encontram sinais que não são de matéria escura. Podem ser só artefatos do equipamento ou interferência de outras fontes. Então, eles precisam ser cuidadosos e metódicos na busca.
Os Resultados Até Agora
Os esforços recentes pra encontrar axions ultraleves estão em andamento e têm trazido resultados interessantes. Por exemplo, os pesquisadores analisaram dados de 12 dos pulsars mais brilhantes, buscando sinais de mudanças na polarização.
As descobertas até agora têm sido empolgantes e um pouco decepcionantes. Enquanto alguns sinais foram detectados, eles majoritariamente apontaram pra interferência e não pra presença de axions. Por enquanto, os cientistas estabeleceram limites superiores na possível força de interação entre os axions e a luz. Isso significa que ainda podem descartar certos aspectos dos axions, mas ainda não encontraram a prova definitiva.
O Futuro da Pesquisa de Axions
Os cientistas não estão desistindo. A busca por axions ultraleves vai continuar, e novas tecnologias podem oferecer maneiras melhores de procurar por essas partículas. A busca pra entender a matéria escura é como a busca pelo Santo Graal da física, onde cada descoberta traz uma peça do quebra-cabeça, e cada falha aproxima eles da verdade.
Estudos futuros podem envolver telescópios mais avançados e novas técnicas, abrindo portas pra descobertas novas. À medida que mais dados são coletados e a tecnologia melhora, a busca por axions pode finalmente trazer resultados que expliquem os mistérios da matéria escura.
Conclusão
A jornada pra descobrir do que é feita a matéria escura continua a ser uma aventura emocionante. Axions ultraleves representam uma luz de esperança nessa busca, e os pulsars fornecem uma ferramenta única pra essa aventura bem legal. Enquanto os pesquisadores escaneiam os céus, eles não só buscam por essas partículas minúsculas, mas também empurram os limites do entendimento humano sobre o universo.
Então, enquanto a matéria escura permanece elusiva, a busca por respostas alimenta a exploração científica, lembrando a gente que até os maiores mistérios podem inspirar jornadas incríveis de descoberta. Quem sabe? Talvez um dia, a gente olhe pra essas tentativas iniciais com um sorriso, pensando em como a gente uma vez tentou pegar um sussurro no vento cósmico.
Fonte original
Título: Searches for signatures of ultra-light axion dark matter in polarimetry data of the European Pulsar Timing Array
Resumo: Ultra-light axion-like particles (ALPs) can be a viable solution to the dark matter problem. The scalar field associated with ALPs, coupled to the electromagnetic field, acts as an active birefringent medium, altering the polarisation properties of light through which it propagates. In particular, oscillations of the axionic field induce monochromatic variations of the plane of linearly polarised radiation of astrophysical signals. The radio emission of millisecond pulsars provides an excellent tool to search for such manifestations, given their high fractional linear polarisation and negligible fluctuations of their polarisation properties. We have searched for the evidence of ALPs in the polarimetry measurements of pulsars collected and preprocessed for the European Pulsar Timing Array (EPTA) campaign. Focusing on the twelve brightest sources in linear polarisation, we searched for an astrophysical signal from axions using both frequentist and Bayesian statistical frameworks. For the frequentist analysis, which uses Lomb-Scargle periodograms at its core, no statistically significant signal has been found. The model used for the Bayesian analysis has been adjusted to accommodate multiple deterministic systematics that may be present in the data. A statistically significant signal has been found in the dataset of multiple pulsars with common frequency between $10^{-8}$ Hz and $2\times10^{-8}$ Hz, which can most likely be explained by the residual Faraday rotation in the terrestrial ionosphere. Strong bounds on the coupling constant $g_{a\gamma}$, in the same ballpark as other searches, have been obtained in the mass range between $6\times10^{-24}$ eV and $5\times10^{-21}$ eV. We conclude by discussing problems that can limit the sensitivity of our search for ultra-light axions in the polarimetry data of pulsars, and possible ways to resolve them.
Autores: N. K. Porayko, P. Usynina, J. Terol-Calvo, J. Martin Camalich, G. M. Shaifullah, A. Castillo, D. Blas, L. Guillemot, M. Peel, C. Tiburzi, K. Postnov, M. Kramer, J. Antoniadis, S. Babak, A. -S. Bak Nielsen, E. Barausse, C. G. Bassa, C. Blanchard, M. Bonetti, E. Bortolas, P. R. Brook, M. Burgay, R. N. Caballero, A. Chalumeau, D. J. Champion, S. Chanlaridis, S. Chen, I. Cognard, G. Desvignes, M. Falxa, R. D. Ferdman, A. Franchini, J. R. Gair, B. Goncharov, E. Graikou, J. -M. Grießmeier, Y. J. Guo, H. Hu, F. Iraci, D. Izquierdo-Villalba, J. Jang, J. Jawor, G. H. Janssen, A. Jessner, R. Karuppusamy, E. F. Keane, M. J. Keith, M. A. Krishnakumar, K. Lackeos, K. J. Lee, K. Liu, Y. Liu, A. G. Lyne, J. W. McKee, R. A. Main, M. B. Mickaliger, I. C. Niţu, A. Parthasarathy, B. B. P. Perera, D. Perrodin, A. Petiteau, A. Possenti, H. Quelquejay Leclere, A. Samajdar, S. A. Sanidas, A. Sesana, L. Speri, R. Spiewak, B. W. Stappers, S. C. Susarla, G. Theureau, E. van der Wateren, A. Vecchio, V. Venkatraman Krishnan, J. Wang, L. Wang, Z. Wu
Última atualização: 2024-12-03 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2412.02232
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2412.02232
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
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