Oleh
Ilustrasi seniman tentang dua bintang neutron yang bergabung. Kredit: NSF/LIGO/Universitas Negeri Sonoma/A. Simonnet
Penggabungan bintang neutron adalah harta karun bagi sinyal fisika baru, yang berimplikasi pada penentuan sifat sebenarnya dari materi gelap, menurut penelitian dari Washington University di St. Louis.
Pada tanggal 17 Agustus 2017, Observatorium Gelombang Gravitasi Interferometer Laser (LIGO), di Amerika Serikat, dan Virgo, sebuah detektor di Italia, terdeteksi gelombang gravitasi dari tabrakan dua bintang neutron. Untuk pertama kalinya, peristiwa astronomi ini tidak hanya terdengar dalam gelombang gravitasi tetapi juga terlihat dalam cahaya melalui puluhan teleskop di darat dan di luar angkasa.
Penelitian tentang Partikel Mirip Aksial
Fisikawan Bhupal Dev di bidang Seni & Sains menggunakan observasi dari sini bintang neutron penggabungan — sebuah peristiwa yang diidentifikasi dalam lingkaran astronomi sebagai GW170817 — untuk mendapatkan batasan baru pada partikel mirip sumbu. Partikel hipotetis ini belum diamati secara langsung, namun muncul dalam banyak perluasan model standar fisika.
Axion dan partikel mirip axion adalah kandidat utama yang menyusun sebagian atau seluruh materi “hilang”, atau materi gelap, di alam semesta yang belum dapat dihitung oleh para ilmuwan. Paling tidak, partikel-partikel yang berinteraksi lemah ini dapat berfungsi sebagai semacam portal, menghubungkan sektor terlihat yang banyak diketahui manusia dengan sektor gelap alam semesta yang tidak diketahui.
“Kami punya alasan kuat untuk mencurigai bahwa fisika baru di luar model standar mungkin akan segera terjadi,” kata Dev, penulis pertama studi tersebut di Surat Tinjauan Fisik dan dosen di McDonnell Center for the Space Sciences di universitas tersebut.
Wawasan Dari Penggabungan Bintang Neutron
Ketika dua bintang neutron bergabung, sisa-sisa padat dan panas terbentuk dalam waktu singkat. Sisa-sisa ini adalah tempat berkembang biak yang ideal untuk produksi partikel eksotik, kata Dev. “Sisanya menjadi jauh lebih panas daripada masing-masing bintang selama sekitar satu detik sebelum menetap menjadi bintang neutron yang lebih besar atau a lubang hitamtergantung massa awalnya,” ujarnya.
Bintang-bintang neutron yang ditakdirkan berputar menuju kehancurannya dalam animasi ini, yang mewakili fenomena yang diamati hingga sembilan hari setelah GW170817. Kredit: NASAPusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard/Lab CI
Partikel-partikel baru ini secara diam-diam lolos dari puing-puing tumbukan dan, jauh dari sumbernya, dapat membusuk menjadi partikel-partikel yang diketahui, biasanya foton. Dev dan timnya – termasuk alumni WashU Steven Harris (sekarang rekan NP3M di Indiana University), serta Jean-Francois Fortin, Kuver Sinha, dan Yongchao Zhang – menunjukkan bahwa partikel yang lolos ini menimbulkan sinyal elektromagnetik unik yang dapat dideteksi oleh teleskop sinar gamma, seperti Fermi-LAT milik NASA.
Tim peneliti menganalisis informasi spektral dan temporal dari sinyal elektromagnetik ini dan menentukan bahwa mereka dapat membedakan sinyal dari latar belakang astrofisika yang diketahui. Kemudian mereka menggunakan data Fermi-LAT pada GW170817 untuk mendapatkan batasan baru pada aksi-foton kopling sebagai fungsi dari massa aksial. Kendala astrofisika ini melengkapi kendala yang berasal dari eksperimen laboratorium, seperti Aksi Dark Matter eXperiment (ADMX), yang menyelidiki wilayah berbeda dari ruang parameter sumbu.
Prospek Masa Depan dalam Fisika Partikel
Di masa depan, para ilmuwan dapat menggunakan teleskop luar angkasa sinar gamma yang ada, seperti Fermi-LAT, atau misi sinar gamma yang diusulkan, seperti Advanced Particle-astrophysics Telescope (APT) yang dipimpin WashU, untuk melakukan pengukuran lain selama tabrakan bintang neutron dan membantu meningkatkan pemahaman mereka tentang partikel mirip sumbu.
“Lingkungan astrofisika yang ekstrim, seperti penggabungan bintang neutron, memberikan peluang baru dalam pencarian kita untuk partikel sektor gelap seperti sumbu, yang mungkin memegang kunci untuk memahami 85% materi yang hilang di alam semesta,” kata Dev.
Referensi: “Kendala Pertama pada Kopling Foton Partikel Mirip Aksial dari Studi Multimessenger Penggabungan Bintang Neutron GW170817” oleh PS Bhupal Dev, Jean-François Fortin, Steven P. Harris, Kuver Sinha dan Yongchao Zhang, 5 Maret 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.101003
Pekerjaan ini didukung oleh Kantor Sains Departemen Energi.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
