Có thể phát hiện photon tối bằng kính viễn vọng vô tuyến? Có giá trị, các nhà thiên văn cho biết.

Trong một thời gian, các nhà khoa học không thể trực tiếp xác nhận sự tồn tại của vật chất tối, một chất bí ẩn được cho là có trong vũ trụ. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu tại Đại học Thanh Hoa, Đài thiên văn Núi Tím và Đại học Bắc Kinh cho thấy tiến bộ có thể sắp xảy ra.

Trong một tạp chí Thư đánh giá vật lýcác tác giả trình bày một phương pháp mới để phát hiện trực tiếp vật chất tối bằng kính viễn vọng vô tuyến, tập trung vào việc nghiên cứu các photon tối như một ứng cử viên hàng đầu cho vật chất tối.

Trong vật chất tối, photon tối vẫn được giả thuyết tương tự như đối tác phát sáng của nó ở chỗ nó cũng mang một lực. Giống như các photon mang điện từ trong vật chất thông thường, các photon tối được cho là đóng một vai trò quan trọng trong vũ trụ.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một sơ đồ dựa trên công trình lý thuyết trước đây của họ để chuyển đổi các photon tối thành photon trong vành nhật hoa. Các nhà thiên văn học đề xuất sử dụng kính viễn vọng vô tuyến, chẳng hạn như Kính viễn vọng vô tuyến hình cầu khẩu độ khổng lồ 500 mét (FAST), để phát hiện các tín hiệu điện từ phát ra từ kính viễn vọng do các electron tự do ném đi.

Tuy nhiên, một trở ngại lớn nảy sinh. Đĩa phản xạ của kính viễn vọng vô tuyến hiện có có hình dạng parabol, với máy thu nằm ở tiêu điểm. Nhưng vì vật chất tối không có tính tương đối tính nên đĩa phản xạ phải có hình tròn với bộ thu ở giữa, điều này gây ra một số khó khăn.

May mắn thay, may mắn đóng một vai trò. Nhà nghiên cứu Haipeng An tại địa điểm FAST đã phát hiện ra rằng kính viễn vọng có thể quan sát sóng vô tuyến từ các hướng khác nhau do máy thu được treo trên một tấm và có thể di chuyển. Ý tưởng cho cuốn tiểu thuyết nảy sinh từ đây.

Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng, mặc dù sóng điện từ do các photon tối gây ra sẽ không tập trung vào máy thu, nhưng trường điện từ có thể hình thành sự phân bố trên đĩa có thể được tính toán chính xác.

Theo dự đoán lý thuyết của nhóm, một kính viễn vọng vô tuyến với máy thu di động có thể thu tín hiệu điện từ từ nhiều địa điểm khác nhau. Độ nhạy của kính viễn vọng vô tuyến đối với các tín hiệu gây ra bởi các photon tối có thể được cải thiện bằng cách so sánh các tín hiệu thu thập được với sự phân bố được lý thuyết dự đoán.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng độ nhạy của kính viễn vọng FAST đã vượt qua các giới hạn do nền vi sóng vũ trụ áp đặt, cho thấy rằng nó có khả năng phát hiện vật chất tối nếu nó bao gồm các photon tối trong một phạm vi khối lượng nhất định.

An và các đồng nghiệp của ông đã phân tích dữ liệu quan sát thu được từ kính viễn vọng vô tuyến FAST ở Quý Châu, Trung Quốc, để xác minh tính hiệu quả của phương pháp đề xuất của họ. Họ đã sử dụng phân tích này để đặt giới hạn chặt chẽ cho mô hình đối với các tần số từ 1 đến 1,5 GHz.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vật chất tối photon tối có khả năng tạo ra tín hiệu điện trên ăng-ten lưỡng cực và công nghệ giao thoa kế có thể tăng thêm độ nhạy này. Theo tính toán của họ, các nhà nghiên cứu cũng xác định độ nhạy của Mảng tần số thấp (LOFAR) và các kính viễn vọng SKA trong tương lai, cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc phát hiện vật chất tối photon tối.

Nhờ công trình của nhóm, một ngày nào đó các nhà thiên văn học có thể sử dụng kính viễn vọng vô tuyến để phát hiện trực tiếp các photon tối. Kết quả này cung cấp một con đường mới cho nghiên cứu vật chất tối, đặc biệt là việc tìm kiếm các photon tối siêu sáng.

Được khuyến khích bởi thành công của họ, Ẩn và nhóm của anh ấy đang chuẩn bị tìm kiếm bằng chứng về vật chất tối photon tối trong dữ liệu từ các kính thiên văn LOFAR và MeerKAT. Vật chất tối Axion là một ứng cử viên khác cho vật chất tối siêu nhẹ, và họ hy vọng sẽ sử dụng phương pháp mới của mình để tìm ra nó.