A matéria escura compreende mais de 80% de toda a matéria do cosmos, mas é invisível à observação convencional, porque aparentemente não interage com a luz ou com campos eletromagnéticos. Sukanya Chakrabarti, presidente dotado de Pei-Ling Chan na Faculdade de Ciências da Universidade do Alabama em Huntsville (UAH), juntamente com o autor principal, Dr. quanta matéria escura existe em nossa galáxia e onde ela reside, estudando a aceleração gravitacional de pulsares binários.



Chakrabarti fez uma palestra plenária sobre este trabalho e outros métodos para medir acelerações galácticas na 243ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Nova Orleans, em janeiro. As descobertas também são publicadas no arXiv servidor de pré-impressão.

Pulsares são estrelas de nêutrons em rotação rápida que emitem pulsos de radiação em intervalos regulares que variam de segundos a milissegundos. Um pulsar binário é um pulsar com um companheiro que permite aos físicos testar a relatividade geral devido aos fortes campos gravitacionais que acompanham esses objetos. “Os pulsares são relógios galácticos fantásticos que têm uma estabilidade de tempo que rivaliza com os relógios atômicos”, explica Chakrabarti.

"Os pulsares têm sido usados ​​há décadas em testes de precisão da teoria da relatividade geral. Estamos usando-os para medir diretamente as pequenas acelerações das estrelas que vivem no potencial gravitacional da nossa galáxia. Essas acelerações são de apenas cerca de 10 centímetros por segundo ao longo de um década, ou aproximadamente a velocidade de um bebê engatinhando, e é por isso que tem sido difícil medir essas pequenas mudanças anteriormente. Os dados de temporização de pulsares de instalações como o NANOGrav e outras instalações de temporização de pulsares tornaram as medições viáveis.

NANOGrav, ou Observatório Nanohertz Norte-Americano de Ondas Gravitacionais, é um consórcio de astrônomos que detecta ondas gravitacionais usando o Telescópio Green Bank, o Observatório de Arecibo, o Very Large Array e o Experimento Canadense de Mapeamento de Intensidade de Hidrogênio.

“Ao obter medições de acelerações de extrema precisão, temos agora a investigação mais direta do potencial gravitacional da galáxia, além do que foi feito na astronomia ao longo do último século”, observa Chakrabarti. "Existem agora muitas linhas independentes de evidências que mostram que a galáxia realmente teve uma história altamente dinâmica. A análise de Tom da amostra maior de tempo do pulsar mostra diretamente pela primeira vez que a galáxia foi perturbada por interações dinâmicas, como a passagem de anãs galáxias."

Obter um modelo preciso do potencial gravitacional da galáxia causado pela matéria escura é algo como contar as ondulações em um lago depois que a pedra é atirada.

“Usamos todos os pulsares que pudemos obter, desde que tivessem todas as medições de que precisávamos”, diz o autor principal, Donlon. "Para medir a aceleração de um pulsar, eles precisam estar em um sistema binário estável. Você também precisa saber a que distância o pulsar está, seu movimento no céu e detalhes sobre sua órbita; todas essas coisas exigem dados extremamente precisos. medições que levam anos de observações! Com o passar do tempo, deveremos ter mais pulsares que possamos usar em estudos futuros."

Donlon relata que há duas maneiras principais pelas quais essas acelerações nos ajudam a aprender sobre o universo. "A primeira é que os pulsares binários emitem ondas gravitacionais, que fazem com que suas órbitas diminuam com o tempo e, eventualmente, os dois objetos colidam um com o outro. Porque o campo gravitacional é muito forte neste tipo de sistema, e as medições de tempo do pulsar são muito precisos, é possível testar as previsões feitas pela relatividade geral em comparação com o decaimento observado da órbita do pulsar.

"A segunda maneira é através de testes de matéria escura. A matéria escura não pode ser vista, mas ainda interage com a matéria normal através da gravidade, e essa gravidade adicional causa acelerações nestes pul-SARS. Comparando as acelerações que realmente vemos com as acelerações esperamos obter apenas da matéria normal, podemos descobrir quanta matéria escura existe e onde ela está."

Olhando para o futuro desta pesquisa, Donlon conclui:“Podemos planejar experimentos que exijam muito mais pulsares, o que se tornará possível à medida que obtivermos mais medições de tempo de pulsar. campo gravitacional com incrível precisão, incluindo coisas como quaisquer aglomerados de matéria escura."

Mais informações: Thomas Donlon et al, Estrutura galáctica de acelerações pulsares binárias:além dos modelos suaves, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.15808
Informações do diário: arXiv

Fornecido pela Universidade do Alabama em Huntsville