جستجو برای برهمکنش‌های نادر بین فوتون‌های تاریک و ماده معمولی، بر روی خواص ماده تاریک فوق‌سبک قید‌هایی می گذارد.

رصدخانه ملی نجوم آکادمی علوم چین

در سال های اخیر، فیزیکدان ها به ایده ماده تاریک فوق سبک علاقه مند شده اند، که فرض می کند ماده تاریک از بوزون های بسیار کم جرم تشکیل شده است. یکی از این نامزدها «فوتون تاریک» است که پیش‌بینی می‌شود با جفت شدن به فوتون‌های معمولی برهمکنش ضعیفی با ماده داشته باشد - فرآیندی که آمیختگی جنبشی نامیده می‌شود. اکنون هایپنگ ان Haipeng An و همکارانش در دانشگاه Tsinghua چین پیشنهاد می‌کنند که ممکن است بتوان فوتون‌های تاریک را از طریق برهمکنش‌های آنها با الکترون‌های آزاد در تلسکوپ‌های رادیویی شناسایی کرد. An و همکارانش با استفاده از داده‌های تلسکوپ کروی با دیافراگم پانصد متری (FAST) در چین، حد بالایی را برای احتمال چنین برهم‌کنشی تعیین کردند [1].

در تلسکوپ‌های رادیویی بشقاب-مانند نظیرِ FAST، امواج رادیویی فرودی، موجب برانگیختگی نوسانات الکترون‌های آزاد درون ظرف شده و سیگنال بازتابی ای را تولید می‌کنند که توسط گیرنده مرکزی تلسکوپ شناسایی می‌شود.

اگر فوتون‌های تاریک از طریق آمیختگی جنبشی با الکترون‌های آزاد ظرف برهم‌کنش داشته باشند، آنها نیز باید امواج الکترومغناطیسی با فرکانس‌هایی تولید کنند که به جرم فوتون‌های تاریک بستگی دارد. در اصل، اثر این تعامل باید در سیگنال رادیویی کلی که توسط تلسکوپ گرفته می شود قابل تشخیص باشد. An و همکارانش به دنبال نشانه هایی از آمیختگی جنبشی در بین مشاهداتی بودند که FAST در محدوده فرکانس 1.5-1 گیگاهرتز انجام داده بود. با یافتن چنین اثری، آنها محاسبه می کنند که مقدار بی بعد ϵ، که میزان آمیختگی جنبشی را تعیین می کند، بزرگتر از ^12-10 نیست.

علاوه بر استفاده از داده های موجود از FAST، محققان حساسیت هایی را برای تشخیص فوتون تاریک با استفاده از آرایه فرکانس پایین در اروپا، و آرایه کیلومتر مربعی آینده در استرالیا و آفریقای جنوبی پیش بینی کردند. در مرحله بعد، آنها قصد دارند داده‌های تلسکوپ‌های رادیویی مبتنی بر فضا را تجزیه و تحلیل کنند، که به سیگنال‌های ناشی از فوتون تاریک در فرکانس‌هایی کمتر از فرکانس‌های قابل دسترسی برای تلسکوپ‌های رادیویی زمینی حساس هستند.

1- H. An et al., “Direct detection of dark photon dark matter using radio telescopes,” Phys. Rev. Lett. 130, 181001 (2023).

منبع:

Detecting Dark Photons with Radio Telescopes