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Nuevas posibilidades para detectar la radiación de Hawking emitida por los agujeros negros primordiales

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Nueva restricción PBH basada en datos COMPTEL (azul oscuro), proyecciones del alcance de descubrimiento de futuros telescopios gamma MeV (otras curvas de colores) y restricciones existentes (regiones sombreadas). Crédito: Coogan et al.

Si bien muchos físicos han predicho la existencia de materia oscura, un tipo de materia que ni absorbe, refleja ni emite luz, hasta ahora nadie ha podido observarla experimentalmente ni determinar su naturaleza fundamental. Los agujeros negros primordiales ligeros (PBH), los agujeros negros que se formaron en el universo temprano, se encuentran entre los candidatos a materia oscura más prometedores. Sin embargo, aún no se ha confirmado la existencia de estos agujeros negros.


Investigadores de la Universidad de Amsterdam y la Universidad de California-Santa Cruz realizaron recientemente un estudio destinado a mejorar las limitaciones existentes en el espacio de los parámetros permitidos de los PBH como materia oscura. En su artículo, publicado en Cartas de examen físico, también proponen un posible método que podría usarse para detectar directamente la radiación de Hawking en regiones densas de materia oscura y permitir potencialmente el descubrimiento de materia oscura PBH.

La radiación de Hawking es la Radiación termal que Stephen Hawking predijo que se emitiría espontáneamente desde los agujeros negros. Se cree que esta radiación proviene de la conversión de fluctuaciones en el vacío cuántico en pares de partículas, una escapando del agujero negro y la otra atrapada dentro de su horizonte de eventos (es decir, el borde alrededor de los agujeros negros del que no puede escapar la luz o radiación).

«Los PBH que comprenden más de un pequeño porcentaje de la materia oscura deben tener una masa de entre aproximadamente 10dieciséis gramos y 1035 gramos ”, dijo Adam Coogan, uno de los investigadores que realizó el estudio, a Phys.org. “En la mayor parte de este rango, varias observaciones los excluyen de la constitución del 100% de materia oscura. Sin embargo, hay una diferencia notable en las limitaciones: los PBH con masas cercanas a la de un asteroide (~ 1017 gramos a 1022 gramos) aún podría ser materia oscura «.

La identificación de métodos para restringir el espacio de parámetros autorizado de los PBH o para detectar la radiación de Hawking que emana de ellos podría ser un paso importante hacia la observación o el descubrimiento de la materia oscura de los PBH. Coogan, junto con sus colegas Logan Morrison y Stefano Profumo, se propuso examinar el potencial de los telescopios de rayos gamma MeV como herramientas para detectar la radiación de PBH Hawking.

“La idea principal detrás de nuestro trabajo fue pensar en una forma particular de buscar asteroides PBH en masa”, explicó Coogan. «Se espera que los PBH ligeros emitan radiación de Hawking compuesta de una mezcla de fotones y otras partículas de luz, como electrones y piones. Los telescopios pueden buscar esta radiación observando nuestra galaxia u otras galaxias. El propósito de nuestro artículo fue comprender cómo los telescopios futuros podrían observar esta radiación y, por lo tanto, cuánto de los parámetros de PBH de la masa del asteroide en el espacio podrían explorar «.

Al tratar de estimar las masas de PBH que los telescopios emergentes podrían ayudar a reducir, Coogan y sus colegas encontraron que los estudios anteriores aún no habían analizado los datos recopilados por el telescopio COMPTEL, un telescopio de rayos gamma lanzado por la NASA a bordo del Observatorio de Rayos Gamma Compton. (CGRO). Sin embargo, estos datos podrían ayudar a limitar la abundancia de PBH a ligeramente por debajo de la brecha de masa de asteroides (es decir, por debajo de 1017 gramos). Alors que des contraintes existent déjà dans cette gamme de masse grâce aux observations du rayonnement de Hawking recueillies par Voyager 1 et le satellite INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL), les nouvelles contraintes introduites par les chercheurs se sont avérées les plus fortes à ce día.

“La entrada clave para calcular las tensiones y hacer proyecciones es calcular el espectro de la radiación de Hawking producida por un solo PBH”, dijo Coogan. “Hemos refinado este cálculo en comparación con las herramientas existentes en la literatura mejorando la forma radiación producido por electrones y piones se tiene en cuenta en el espectro. El resto de los cálculos son bastante típicos para la investigación de la materia oscura «.

Suponiendo que los PBH de una masa específica constituyen una fracción dada de la materia oscura total en el espacio, los cálculos realizados por Coogan y sus colegas permitirían a los investigadores calcular su contribución al espectro de fotones emitidos por un objeto astrofísico que se cree que contiene una cantidad sustancial de materia oscura, como el centro de la Vía Láctea. Si el espectro estimado por estos cálculos fuera mucho más brillante que el espectro observado, por ejemplo, se podría excluir la posibilidad de que los PBH de esta masa específica constituyan una fracción específica de materia oscura.

«Hacer proyecciones para el rendimiento de los telescopios futuros sigue líneas similares, aunque no hay un espectro observado con el que comparar», explicó Coogan. «En este caso, el espectro de fotones emitidos por los PBH se compara con un modelo del fondo astrofísico esperado de los fotones».

El estudio reciente de Coogan, Morrison y Profumo definió las restricciones más fuertes sobre los PBH de baja masa hasta la fecha, utilizando datos recopilados de un experimento que se completó hace 20 años. Además, los investigadores han demostrado que los futuros telescopios capaces de observar rayos gamma de energía MeV podrían ayudar a sondear PBH en masa de asteroides, que es una parte muy difícil de sondar en el espacio de parámetros de PBH.

«La comunidad astronómica ha examinado varias propuestas para tales telescopios en los últimos años y creo que nuestro artículo proporciona otra motivación sólida para construirlos», agregó Coogan. «Además de los PBH, investigamos cómo los próximos telescopios de rayos gamma MeV podrían sondear diferentes modelos de partículas de materia oscura. Recientemente completamos otro artículo en el que calculamos los espectros de rayos gamma para algunos modelos particulares de este tipo. otros colaboradores para refinar estos cálculos.

Coogan, Morrison y Profumo también colaboraron recientemente con Alexander Moiseev, un científico investigador de la NASA, que está desarrollando un telescopio llamado el explorador galáctico con un telescopio de máscara de apertura codificada de Compton (GECCO). Junto con Moiseev, intentaron definir los medios por los que GECCO podría ayudar en la búsqueda de materia oscura.


De los agujeros negros primordiales, nuevas pistas sobre la materia oscura


Más información:
Detección directa de radiación de Hawking de agujeros negros de masa de asteroides primordiales. Cartas de examen físico(2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.171101.

Restricciones de precisión de rayos gamma para modelos de materia oscura Sub-GeV. arXiv: 2104.06168 [hep-ph]. arxiv.org/abs/2104.06168

Búsqueda de materia oscura y nueva física con (a) GECCO. arXiv: 2101.10370 [astro-ph.HE]. arxiv.org/abs/2101.10370

© 2021 Science X Network

Cita: Nuevas posibilidades para detectar la radiación de Hawking emitida por los agujeros negros primarios (2021, 21 de junio) Recuperado el 21 de junio de 2021 de https://phys.org/news/2021-06-possbilities-hawking-emitted-primordial-black .html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte del uso legítimo para fines de estudio o investigación privados, no se puede reproducir ninguna parte sin permiso por escrito. El contenido se proporciona solo a título informativo.

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Nueva imagen del agujero negro de la Vía Láctea muestra un campo magnético en espiral: NPR

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Nueva imagen del agujero negro de la Vía Láctea muestra un campo magnético en espiral: NPR

Por primera vez observamos el agujero negro de Sagitario A* en luz polarizada. La colaboración del Event Horizon Telescope dice que la imagen ofrece una nueva mirada al «campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro» en el centro de la Vía Láctea.

Colaboración EHT


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Por primera vez observamos el agujero negro de Sagitario A* en luz polarizada. La colaboración del Event Horizon Telescope dice que la imagen ofrece una nueva mirada al «campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro» en el centro de la Vía Láctea.

Colaboración EHT

El agujero negro en el centro de nuestra galaxia ha sido comparado con un donut, y resulta que ese donut tiene remolinos. Los científicos compartieron una nueva imagen fascinante el miércoles, que muestra a Sagitario A* con un detalle sin precedentes. La imagen de luz polarizada muestra la estructura del campo magnético del agujero negro en forma de una llamativa espiral.

«Lo que estamos viendo ahora es que hay campos magnéticos fuertes, retorcidos y organizados cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea», dijo Sara Issaoun, codirectora del proyecto y becaria Einstein en el programa de la Vía Láctea. Becas Hubble de la NASA. Centro Harvard y Smithsonian de Astrofísica, dijo en un declaración sobre la imagen.

La imagen captura lo que la colaboración del Event Horizon Telescope llama una «nueva vista del monstruo que acecha en el corazón de la Vía Láctea».

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La analogía del donut también se aplica a la distancia: debido a la distancia entre la Vía Láctea y la Tierra, mirarla desde nuestro planeta es como ver un donut en la superficie de la Luna.

Sagitario A*, también llamado a menudo Sgr A*, está aproximadamente a 27.000 años luz de la Tierra. La primera imagen del agujero negro supermasivo se publicó hace dos años y muestra gas brillante alrededor de un centro oscuro, y carece de los detalles de la nueva imagen.

El agujero negro supermasivo Sagitario A* es visible a la izquierda, en luz polarizada. La imagen central insertada muestra la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, capturada por SOFIA. La imagen de fondo muestra el mapeo de la emisión de polvo polarizado a través de la Vía Láctea realizado por la Colaboración Planck.

S. Issaoun, Colaboración EHT


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S. Issaoun, Colaboración EHT

El agujero negro supermasivo Sagitario A* es visible a la izquierda, en luz polarizada. La imagen central insertada muestra la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, capturada por SOFIA. La imagen de fondo muestra el mapeo de la emisión de polvo polarizado a través de la Vía Láctea realizado por la Colaboración Planck.

S. Issaoun, Colaboración EHT

Se sabe que los agujeros negros son «efectivamente invisibles», como se muestra La NASA dice. Pero afectan significativamente el espacio que los rodea, más obviamente al crear un disco de acreción: un remolino de gas y material que orbita una región central oscura.

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La primera imagen de un agujero negro se publicó en 2019, cuando el proyecto Event Horizon Telescope compartió una imagen del agujero negro en el centro de la galaxia Messier 87 (M87), a unos 55 millones de años luz de la Tierra en el cúmulo de galaxias Virgo. . Aunque está más lejos, el agujero negro conocido como M87* es mucho más grande que Sagitario A*.

Cuando los investigadores compararon recientemente vistas de los dos agujeros negros en luz polarizada, quedaron sorprendidos por sus características comunes, siendo las más espectaculares estos remolinos.

«Además del hecho de que Sgr A* tiene una estructura de polarización sorprendentemente similar a la observada en el agujero negro M87*, mucho más grande y poderoso», dijo Issaoun, «hemos aprendido que los campos magnéticos fuertes y ordenados son esenciales para cómo funcionan los agujeros negros». Los agujeros interactúan con el gas y la materia que los rodea”.

Las imágenes lado a lado de M87* y Sagitario A* revelan que los agujeros negros supermasivos tienen estructuras de campo magnético similares, lo que sugiere que los procesos físicos que gobiernan los agujeros negros supermasivos pueden ser universales.

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Desde un punto de vista práctico, los agujeros negros presentan una diferencia sorprendente: mientras que M87* tiene la habilidad de permanecer estable, nuestro Sgr A* «cambia tan rápidamente que no se queda quieto para tomar fotografías», dijeron los investigadores en su comunicado de prensa. .

En el momento en que se capturaron las observaciones de Sgr A*, la colaboración del EHT estaba utilizando ocho telescopios en todo el mundo, uniéndolos para crear un instrumento del tamaño de un planeta, aunque virtual. Los resultados de su trabajo fueron publicados el miércoles en Cartas de la revista astrofísica..

Se espera que la colaboración observe a Sgr A* nuevamente en abril.

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¿Cuándo ocurre el eclipse solar en Michigan? Encuentra tu código postal

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¿Cuándo ocurre el eclipse solar en Michigan?  Encuentra tu código postal

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

Los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) enfrentan muchos desafíos durante su estadía a bordo del laboratorio flotante, y uno de esos desafíos es garantizar que sus pertenencias no se pierdan en el vacío del espacio.

Desafortunadamente, eso es lo que experimentaron los astronautas Jasmin Moghbeli y Loral O'Hara el 2 de noviembre de 2023, cuando una bolsa de herramientas valorada en unos 100.000 dólares se les escapó de las garras durante una caminata espacial. La bolsa de herramientas ahora está siendo rastreada desde la superficie de la Tierra mientras orbita el planeta, como se puede ver en el siguiente video tomado en Añasco, Puerto Rico, el 11 de noviembre de 2023. En particular, la bolsa de herramientas parece cambiar de brillo, lo que sugiere que está dando vueltas mientras orbita el planeta.

Además, Crew-7 fue devuelto a la superficie de la Tierra por la cápsula Crew Dragon de SpaceX y recientemente se sentó para su primera conferencia de prensa posterior al vuelo en la que el astronauta de la Agencia Espacial Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), Satoshi Furakawa, explicó que se sintió avergonzado cuando descubrió que capturó accidentalmente la bolsa de herramientas mientras intentaba tomar una foto del monte. Fuji.

VER GALERÍA – 3 IMÁGENES

«Creo que estábamos en el nodo 1, almorzando o cenando, y Satoshi había salido a la cúpula para tomar fotografías.«, relató el comandante de la misión, el astronauta de la Agencia Espacial Europea Andreas Mogensen. «Él entra y dice: “Bueno, ya sabes, lo siento mucho, mucho, mucho. Pero ya sabes, tomé esta foto. Y todos pensábamos: “¿Qué está pasando?«

«Había logrado tomar una foto de la bolsa de herramientas mientras cruzaba el Monte Fuji.» Mogensen continuó. «Intentó tomar una foto del Monte Fuji y terminó con una foto de la bolsa de herramientas.«

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