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Sem WIMPS! Partículas pesadas não explicam anomalias gravitacionais lenticulares – Ars Technica

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Sem WIMPS!  Partículas pesadas não explicam anomalias gravitacionais lenticulares – Ars Technica
Mais Zoom / Os arcos vermelhos à direita do centro são galáxias de fundo com lentes gravitacionais. O número, a localização e o grau de distorção dessas imagens dependem da distribuição da matéria escura no primeiro plano.

Décadas depois de ficar claro que o universo visível é construído sobre uma estrutura de matéria escura, ainda não sabemos o que realmente é a matéria escura. Em grandes escalas, uma variedade de evidências aponta para os chamados WIMPs: partículas massivas de interação fraca. Mas há uma variedade de detalhes que são difíceis de explicar com os WIMPs, e décadas de busca pelas partículas não resultaram em nada, deixando as pessoas abertas à ideia de que algo diferente de um WIMP é feito de matéria escura.

Um dos muitos candidatos é algo chamado axion, uma partícula portadora de força que foi proposta para resolver um problema em uma área não relacionada da física. Eles são muito mais leves que os WIMPs, mas têm outras propriedades consistentes com a matéria escura, o que manteve um baixo nível de interesse por eles. Agora, um novo artigo argumenta que existem características nas lentes gravitacionais (em grande parte um produto da matéria escura) que podem ser melhor explicadas por propriedades semelhantes aos áxions.

partícula ou onda?

Então, o que é um áxion? Em seu nível mais simples, é uma partícula muito leve sem rotação e atua como portadora de força. Eles foram originalmente propostos para garantir que a cromodinâmica quântica, que descreve o comportamento da força forte que une prótons e nêutrons, não quebre a conservação da paridade de carga. Muito trabalho foi feito para garantir que os eixos sejam compatíveis com outras estruturas teóricas, e algumas pesquisas foram feitas para tentar entendê-los. Mas os axions enfraqueceram principalmente como uma das várias soluções potenciais para um problema que ainda não descobrimos como resolver.

No entanto, eles atraíram algum interesse como possíveis soluções de matéria escura. Mas o comportamento da matéria escura é melhor explicado por uma partícula pesada – especificamente uma partícula massiva de interação fraca. Esperava-se que os áxions estivessem no lado mais leve e pudessem ser tão leves quanto neutrinos quase sem massa. Pesquisas em axions tendem a excluir também muitas massas pesadas, o que torna o problema ainda mais óbvio.

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Mas os axions podem reaparecer, ou pelo menos permanecer estacionários enquanto os WIMPs se plantam. Vários detectores foram construídos para tentar identificar indicadores de interações fracas para WIMPs, e eles não funcionaram. Se os WIMPs forem partículas do Modelo Padrão, podemos inferir sua existência com base na massa perdida nos colisores de partículas. Nenhuma evidência disso foi mostrada. Isso levou as pessoas a reconsiderar se os WIMPs são a melhor solução para a matéria escura.

Em escalas cósmicas, os WIMPs continuam se ajustando muito bem aos dados. Mas quando você chega aos níveis de galáxias individuais, existem algumas anomalias que não funcionam bem, a menos que o halo de matéria escura ao redor de uma galáxia tenha uma estrutura complexa. Coisas semelhantes parecem verdadeiras quando você tenta mapear a matéria escura de galáxias individuais com base em sua capacidade de criar uma lente gravitacional que distorce o espaço para que ele amplie e distorça os objetos de fundo.

A matéria escura baseada em WIMP modelada à esquerda causa uma distribuição suave de alto (vermelho) para baixo (azul) à medida que você se afasta do núcleo galáctico.  Com os axions (à direita), a interferência quântica cria um padrão muito mais irregular.

A matéria escura baseada em WIMP modelada à esquerda causa uma distribuição suave de alto (vermelho) para baixo (azul) à medida que você se afasta do núcleo galáctico. Com os axions (à direita), a interferência quântica cria um padrão muito mais irregular.

Amroth et ai. o.

O novo trabalho tenta relacionar essas potenciais anomalias com a diferença entre as propriedades de WIMPS e axions. Como o próprio nome sugere, os WIMPs devem se comportar como partículas discretas, interagindo quase inteiramente por meio da gravidade. Por outro lado, os axions devem interagir uns com os outros por meio de interferência quântica, que cria padrões semelhantes a ondas em sua frequência em toda a galáxia. Assim, enquanto a frequência dos WIMPs deve diminuir suavemente com a distância do núcleo galáctico, os axions devem formar uma onda estacionária (tecnicamente, um sóliton) que aumenta sua frequência perto do núcleo galáctico. Além disso, padrões de interferência complexos devem criar regiões onde os eixos estão essencialmente ausentes e outras regiões onde estão presentes com o dobro da intensidade média.

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Difícil de localizar

Com algumas possíveis exceções, a matéria escura compõe a maior parte da massa de uma galáxia. Diante disso, esses padrões de interferência devem fazer com que a atração gravitacional de diferentes regiões da galáxia seja desigual. Se as diferenças entre as regiões forem grandes o suficiente, isso provavelmente se manifestará como pequenos desvios no comportamento esperado das lentes gravitacionais. Portanto, os objetos atrás da galáxia ainda devem aparecer como imagens lenticulares; Pode não ser formado da maneira que esperamos ou exatamente no local que esperamos que seja.

A modelagem indica que essas aberrações são pequenas o suficiente para que nem mesmo o Telescópio Espacial Hubble tenha sido capaz de capturá-las. Mas pode ser possível detectá-los em comprimentos de onda de rádio, mesclando dados de radiotelescópios amplamente separados no que é essencialmente um telescópio gigante. (Essa abordagem permitiu que o Event Horizon Telescope criasse uma imagem de um buraco negro.)

E em pelo menos um caso, temos esses dados. HS 0810+2554 é uma enorme galáxia elíptica que se encontra entre nós e um buraco negro ativo no coração de outra galáxia. A lente gravitacional criada pela galáxia em primeiro plano cria quatro imagens da galáxia ativa, cada uma com um núcleo galáctico brilhante e dois grandes jatos de material que se estendem a partir dele. É possível comparar a localização e a distorção dessas quatro imagens com o que esperaríamos com base na presença de um halo típico de matéria escura na galáxia em primeiro plano.

É uma coisa relativamente simples de se fazer com os WIMPs, já que há apenas um padrão esperado: uma queda gradual nos níveis de matéria escura à medida que você se afasta do núcleo galáctico. As previsões de lentes com base nessa distribuição fazem um trabalho ruim ao combinar dados do mundo real de onde as imagens aparecem com as lentes das lentes.

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O desafio é realizar a mesma análise com base nos padrões de interferência de axions caóticos: execute o modelo duas vezes com diferentes condições iniciais e você obterá um padrão de interferência diferente. Portanto, as chances de realmente conseguir aqueles na galáxia do mundo real fazendo as lentes são muito pequenas. Em vez disso, a equipe de pesquisa executou 75 modelos diferentes com condições iniciais escolhidas aleatoriamente. Por acidente, criei algumas dessas distorções semelhantes às observadas em dados do mundo real, geralmente afetando apenas uma das quatro imagens com uma lente. Portanto, os pesquisadores concluíram que as distorções nas imagens lenticulares são consistentes com um halo de matéria escura formado por interferência quântica de axions.

Então, eles são realmente axions?

Analisar uma única galáxia não será um golpe crítico em nada, e há muitos motivos para ser mais cuidadoso aqui. Por exemplo, os pesquisadores fizeram algumas suposições sobre a distribuição da matéria comum e visível na galáxia, que também tem influência gravitacional. Acredita-se que as galáxias elípticas sejam o resultado de fusões de galáxias menores, o que pode afetar a distribuição da matéria escura de maneiras sutis que são difíceis de detectar ao traçar a distribuição da matéria normal.

Finalmente, esse tipo de padrão de sobreposição funciona apenas para eixos excepcionalmente leves – da ordem de 10-22 elétron-volt. Em contraste, a massa do próprio elétron é de cerca de 500.000 elétron-volts. Isso tornaria os axions muito mais leves do que os neutrinos.

Os próprios autores do novo artigo são cautelosos sobre as evidências aqui, concluindo seu artigo com a frase: “Determine se [WIMP- or axion-based dark matter] Reproduzir melhor as observações astrofísicas inclinaria a balança para uma das duas classes semelhantes de teorias da nova física. Mas sua cautela cai na última frase do resumo, onde eles escrevem, “Habilidade”. [axion-based dark matter] A resolução de anomalias de lente mesmo em casos desafiadores, como HS 0810+2554, junto com seu sucesso na reprodução de outras observações astrofísicas, inclinam a balança para novos eixos invocados pela física. “

Veremos, sem dúvida em breve, se os físicos compartilham desses sentimentos além dos autores e revisores deste artigo.

Astronomia Natural, 2023. DOI: 10.1038/s41550-023-01943-9 (sobre DOIs).

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Novas simulações de supercomputadores da NASA revelam como seria cair em um buraco negro supermassivo

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Novas simulações de supercomputadores da NASA revelam como seria cair em um buraco negro supermassivo

Buracos negros supermassivos são capazes de devorar violentamente estrelas inteiras, distorcendo a estrutura do espaço-tempo com sua massa quase insondável e influência gravitacional. O seu imenso poder e natureza misteriosa capturaram a imaginação de gerações de cientistas e artistas, de Albert Einstein a Christopher Noland, que procuraram tornar compreensível o incognoscível através das suas obras de arte audiovisuais e pesquisas pioneiras.

Agora um novo conjunto de Simulação de supercomputador da NASA Dá ao público a oportunidade de ver de perto a realidade que distorce a influência destes objetos cósmicos, mostrando como seria viajar através do horizonte de eventos de um buraco negro supermassivo com massa equivalente a 4,3 milhões de sóis.

“As pessoas perguntam frequentemente sobre isto, e simular estes processos difíceis de imaginar ajuda-me a ligar a matemática relativística às consequências reais no universo real”, explicou o astrofísico da NASA Jeremy Schnittman do Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland. Trabalhei na criação de visualizações. “Então simulei dois cenários diferentes, um em que a câmera – ocupando o lugar de um ousado astronauta – perde o horizonte de eventos e retorna com o estilingue, e outro em que cruza a fronteira, determinando seu destino.”

As simulações foram projetadas por Schnittman e pelo colega cientista da NASA Brian Powell usando o supercomputador Discover localizado no Centro de Simulação Climática da NASA. De acordo com a agência, um laptop típico levaria cerca de uma década para realizar a enorme tarefa, mas os 129 mil processadores do Discover foram capazes de compilar as visualizações em apenas cinco dias, usando apenas 0,3% de seu poder computacional.

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A singularidade no centro das simulações foi criada para ter a mesma massa do buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea, conhecido como Sagitário A* (Sgr A*). Como explicou Schnittman, o tamanho surpreendente de um buraco negro supermassivo poderia ser vantajoso para os astronautas, ajudando-os a sobreviver até o ponto em que o intrépido explorador passar pelo horizonte de eventos, momento em que serão dilacerados através de um processo conhecido como espaguetização. .

“O risco de espaguete é muito maior para pequenos buracos negros equivalentes à massa do nosso Sol”, disse Schnittman num email ao IGN. Para eles, as forças das marés destruiriam qualquer nave espacial normal muito antes de esta atingir o horizonte. Para buracos negros supermassivos como Sagitário A*, o horizonte é tão grande que parece plano, assim como um navio no oceano não corre o risco de “cair no horizonte”, embora pudesse facilmente cair sobre uma cachoeira na superfície do oceano. água. Um pequeno rio.”

O astrofísico da NASA continuou: “Para calcular o ponto exato de virar espaguete, usamos a força de um corpo humano típico, que provavelmente não suportaria mais de 10 gramas de aceleração, então este é o ponto em que anunciamos a destruição de a câmera.” . “Para Sagitário A*, isso corresponde a apenas 1% do raio do horizonte de eventos. Em outras palavras, a câmera/astronauta cruza o horizonte e depois sobrevive 99% do caminho até a singularidade antes de ser dilacerada ou queimada. pela radiação extrema, mas isso é uma história para outro dia.

Quanto ao que o intrépido explorador realmente verá quando mergulhar em um dos bolsões mais escuros do universo? Pois bem, como o próprio nome sugere, a singularidade no centro de qualquer buraco negro é impossível de observar diretamente, devido ao facto de a sua gravidade impedir que até a própria luz escape do horizonte de eventos ao passar por ele. No entanto, os astrônomos Nós somos Capaz de observar a massa brilhante de material extremamente quente que rodeia o buraco negro, que se estabelece num disco plano à medida que é inexoravelmente puxado em direção ao horizonte de eventos.

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As visualizações de supercomputadores da NASA revelam com detalhes requintados como a massa de 4,3 milhões de sóis poderia distorcer radicalmente a luz de um disco de acreção plano. Cada simulação começa observando o buraco negro a uma distância de cerca de 400 milhões de milhas. A partir daqui, o efeito da gravidade do leviatã cósmico já pode ser observado, pois ele manipula a luz do disco para enquadrar a parte superior e inferior do horizonte de eventos, ecoando a aparência do buraco negro “Gargantua” visto no filme Interestelar de 2014, de Christopher Noland.

À medida que o voo continua, o efeito do buraco negro supermassivo intensifica-se para criar um caleidoscópio de linhas de fotões mutáveis, que se tornam cada vez mais finas à medida que o astronauta se aproxima e passa através do horizonte de eventos.

A NASA carregou várias versões das simulações para YouTubeincluindo um vídeo de 360 ​​graus do YouTube que dá liberdade aos espectadores Vamos olhar ao redor enquanto eles caem nos poços cósmicos mais profundosou alternativamente, Viajar para escapar da atração insaciável da exclusividade. Alguns dos vídeos também mostram informações sobre a perspectiva da câmera e como efeitos relativísticos, como a dilatação do tempo – um fenômeno no qual o tempo passa em velocidades diferentes para diferentes observadores, dependendo de onde eles estão e da velocidade com que se movem – afetariam uma pessoa enquanto eles se movem. aproximar-se da singularidade.

Confira este artigo do IGN para obter uma explicação sobre o que é a dilatação do tempo e como ela pode ser uma dor de cabeça para futuros astronautas que exploram estrelas distantes. Para mais notícias sobre astronomia, por que não ler sobre uma explosão estelar única na vida que deve ser visível da Terra ainda este ano, ou aprender como milhões de jogadores do Frontiers estão listados coletivamente como autores de um estudo científico previamente revisado.

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Crédito da imagem: NASA

Anthony é um colaborador freelance que cobre notícias de ciência e videogames para o IGN. Ele tem mais de oito anos de experiência cobrindo desenvolvimentos inovadores em vários campos científicos e não tem tempo para enganar você. Siga-o no Twitter @BeardConGamer

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Pegadas na China apontam para um novo megaraptor que vagou com os dinossauros

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Pegadas na China apontam para um novo megaraptor que vagou com os dinossauros
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Alimentos ultraprocessados ​​estão ligados à morte prematura, segundo 30 anos de pesquisa

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Alimentos ultraprocessados ​​estão ligados à morte prematura, segundo 30 anos de pesquisa

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CNN

Comer alimentos ultraprocessados ​​está associado ao risco de morte precoce, de acordo com um estudo de 30 anos, mas alimentos diferentes têm efeitos diferentes.

Carnes processadas e alimentos e bebidas açucarados não estão associados aos mesmos riscos que grãos integrais ultraprocessados, por exemplo, disse o autor principal do estudo, Dr. Mingyang Song, professor associado de epidemiologia clínica e nutrição na Escola de Saúde Pública T. H. Chan de Harvard.

O estudo analisou dados de mais de 100 mil profissionais de saúde nos Estados Unidos sem histórico de câncer, doenças cardiovasculares ou diabetes. De 1986 a 2018, os participantes forneceram informações sobre seus hábitos de saúde e estilo de vida a cada dois anos.

A cada quatro anos, eles completavam um questionário alimentar detalhado.

O grupo que comeu menos alimentos processados ​​comeu em média cerca de três porções por dia, enquanto o grupo mais alto comeu sete porções por dia, de acordo com o estudo. Um estudo publicado quarta-feira na revista BMJ.

Os dados mostraram que aqueles que comiam as maiores quantidades de alimentos tinham 4% mais probabilidade de morrer por qualquer causa, incluindo um aumento de 9% no risco de morrer de neurodegeneração.

Adam Hoglund/iStockPhoto/Getty Images

O novo estudo mostra que a carne tem um impacto maior no risco de morte do que muitos outros tipos de alimentos ultraprocessados.

Song descreveu a relação como “moderada”, observando que a relação não era igualmente forte entre todos os tipos de alimentos ultraprocessados.

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“A associação positiva é impulsionada principalmente por um pequeno número de subgrupos, incluindo carnes processadas e bebidas adoçadas com açúcar ou adoçadas artificialmente”, disse ele.

Marion Nestle, Professora Emérita Paulette Goddard de Estudos de Nutrição e Alimentos, disse que as descobertas deste estudo foram consistentes com centenas de outros estudos neste campo, mas o que torna este estudo único é a análise de diferentes subgrupos dentro da categoria de ultra- alimentos processados. Saúde Pública na Universidade de Nova York.

Song não recomenda necessariamente uma rejeição completa de todos os alimentos ultraprocessados ​​porque é uma categoria diversificada, disse ele.

“Cereais e pães integrais, por exemplo, também são considerados alimentos ultraprocessados, mas contêm muitos nutrientes benéficos, como fibras, vitaminas e minerais”, disse. “Por outro lado, acho que as pessoas deveriam tentar evitar ou limitar o consumo de alguns alimentos ultraprocessados, como carnes processadas, bebidas adoçadas com açúcar e também bebidas adoçadas artificialmente.”

Também há mais perguntas que precisam ser respondidas quando se trata de alimentos ultraprocessados.

Em primeiro lugar, o estudo mais recente é poderoso devido ao longo período de tempo que analisou, mas é um estudo observacional. Isto significa que, embora os investigadores possam ver uma correlação, não podem dizer que os alimentos foram a causa das mortes, disse o Dr. Peter Wild, membro honorário do Instituto Quadram de Biociências do Reino Unido.

Os pesquisadores também precisam examinar mais de perto quais ingredientes dos alimentos ultraprocessados ​​podem afetar a saúde, independentemente de afetarem ou não. Estes produtos são aditivos alimentares, emulsionantes ou aromatizantes – para aconselhar governos e instituições sobre como regular os alimentos, disse Song.

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Song disse que os pesquisadores também descobriram que o fator mais importante para reduzir o risco de morte é a qualidade da dieta geral de uma pessoa.

“Se as pessoas mantêm uma dieta geralmente saudável, não acho que elas precisem disso “Estar com medo ou aterrorizado”, disse ele. “O padrão alimentar geral continua a ser o factor dominante que determina os resultados de saúde.”

Uma dieta saudável é variada, incluindo tantas frutas coloridas, vegetais e grãos integrais quanto possível, disse Wilde.

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“Se você está preocupado com os aditivos alimentares, escolha alimentos com baixos níveis de aditivos alimentares”, disse ele por e-mail. “Basta estar atento ao conteúdo nutricional (dos alimentos ultraprocessados) que você escolhe consumir.”

Também é importante perceber que os alimentos devem ser consumidos de forma equilibrada. Wild disse que o suco de fruta contém vitaminas, minerais e antioxidantes benéficos quando consumido com moderação, mas o consumo excessivo contém altos níveis de açúcar que podem superar seus benefícios.

“Isso não é preto e branco”, disse ele. “Um determinado alimento não é bom nem ruim, conterá elementos de ambos, e o equilíbrio entre os dois pode depender de quanto você come.”

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