نوترینوی سترون کاندیدی برای ماده تاریک!

محققان به کمک نوترینوی سترون به عنوان کاندیدی برای ماده تاریک می توانند برخی مسایل حل نشده مربوط به ساختارهای کهکشانی را توضیح دهند.

به گزارش انجمن فیزیک ایران، یک نوترینوی فرضی به اسم نوترینوی سترون (نوع چهارم نوترینو) که از طریق نیروی ضعیف برهمکنش نمی کند می تواند منبع اشعه ایکسی باشد که از خوشه های کهکشانی آمده است. این اشعه ایکس اخیرا از طریق آنالیز داده های یک خوشه کهکشانی آشکارسازی شده است. علاوه بر این مدلهای قبلی براساس نوترینوی سترون به عنوان شکلی از ماده تاریک قادر نبودند تا قیدهای ناشی از مشاهدات کیهانی را ارضا کنند. اکنون “کوارک آبازجیان” محققی از دانشگاه کالیفورنیا نشان می­دهد که یک نوترینوی سترون با جرم ۷ کیلو الکترون ولت می تواند کاندیدی برای ماده تاریک باشد که هم می تواند داده اشعه ایکس جدید را توضیح دهد و هم بعضی مسایل حل نشده در مورد شکل گیری ساختار کهکشانها را توضیح دهد.

کیهان شناسان از مدتها قبل نوترینوها را به عنوان ماده تاریک در نظر گرفته اند. اما به خاطر جرم خیلی کوچکشان (نوترینوهای الکترونی، میونی و تاویی) به قدری نسبیتی هستند که نمی توانند ساختارهای فرا چگال مورد نیاز برای نگهداشتن کهکشانی و خوشه های کهکشانی را شکل دهند. در مقابل نوترینوهای سترون که نتیجه نظریه های فرا مدل استاندارد ذرات هستند، جرم بیشتری دارد و می تواند به صورت طبیعی در بیگ بنگ عالم به واسطه مکانیزم آمیختگی نوترینو تولید شده باشد.

در واقع مسئله این بوده است که نوترینوهای سترون می بایست واپاشی کنند. نتیجه این واپاشی تولید سیگنالی از اشعه ایکس است که تاکنون مشاهده نشده است. چندی پیش در سال ۲۰۱۴ آنالیزی از داده یک خوشه کهکشانی گسیل اشعه ایکس را تأیید کرد که این با واپاشی یک نوترینو سترون ۷ کیلو الکترون ولتی سازگار است. این در حالی است که ماده تاریک با این جرم بیش از اندازه «گرم» است تا با داده های کهکشان تطبیق پیدا کند. با این حال این محقق نشان داد که نوترینوهای سترون می توانند یک توزیع تکانه غیرنسبیتی داشته باشند، اگر که این نوترینوها از طریق مکانیزم آمیختگی طعم نوترینوی تعمیم یافته (اثر MSW) تولید شوند. وقتی که آبازجیان نوترینوی سترون را به مدل کیهان شناسی اضافه کرد متوجه شد که این نوترینو می تواند هم تعداد کم کهکشانهای مارپیچی راه شیری و هم مقدار کم چگالی­­­های مرکز این کهکشانها را توضیح دهد.

منبع: physics.aps

ترجمه: امیر حسین مجوزی

نقل از بیگ بنگ

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

Sterile Neutrino as Dark Matter Candidate

Resonantly Produced 7 keV Sterile Neutrino Dark Matter Models and the Properties of Milky Way Satellites

Kevork N. Abazajian

A. Fabian (IoA Cambridge) et al. /NASA

A hypothetical neutrino that does not interact through the weak force could be the source of a recently detected x-ray emission line coming from galaxy clusters. However, previous models using this so-called “sterile” neutrino as a form of dark matter were not able to satisfy constraints from cosmological observations. Now, writing in Physical Review Letters, Kevork Abazajian of the University of California, Irvine, shows that a sterile neutrino with a mass of 7 kilo-electron-volts (keV) could be a viable dark matter candidate that both explains the new x-ray data and solves some long-standing problems in galaxy structure formation.

Cosmologists have long considered neutrinos as possible dark matter particles. However, because of their small mass (less than about 1 eV), conventional neutrinos are too fast, or “hot,” to form the dense dark matter structures needed to hold galaxies and galaxy clusters together. By contrast, sterile neutrinos, which result from certain neutrino theories, can have larger masses and could have been naturally produced in the big bang by neutrino flavor mixing.

The problem has been that sterile neutrinos should decay, producing an x-ray signal that no one has observed—until maybe now. Earlier in 2014, an analysis of galaxy cluster data revealed an x-ray emission line, which is consistent with the decay of a 7-keV sterile neutrino. Normally, dark matter with this mass would be too “warm” to match galaxy data. However, Abazajian showed that the sterile neutrinos could have a “cooler” momentum distribution if they were produced through resonantly enhanced neutrino flavor mixing (the MSW effect). When Abazajian plugged this neutrino into a cosmological model, he found it could explain both the small number of Milky Way satellite galaxies and their central densities, which have eluded the currently favored cold dark matter model. – Michael Schirber

Source: Physics

آخرین مقالات