Qaranlıq maddə müasir fizikanın ən böyük həll olunmamış sirrlərindən biridir. Astronomlar onun mövcudluğuna çox əmindirlər və kainatın ümumi enerji tərkibinin təxminən dörddə birini təşkil etdiyini təxmin edirlər, lakin elm adamları hələ də onun nədən ibarət olduğunu bilmirlər.

İki əsas ehtimal ultra yüngül  aksionlar və qaranlıq fotonlar kimi tanınan hipotetik hissəciklərdir . Tədqiqatçılar tərəfindən araşdırılan kütlə diapazonunda bu hissəciklər qeyri-adi dərəcədə yüngül, elektrondan təxminən 19-21 böyüklük dərəcəsi daha yüngül olardı.

Yer kürəsini nəhəng bir qaranlıq maddə detektoruna çevirmək

Bir çox ənənəvi aksion təcrübələri, aksionları laboratoriyalar daxilində son dərəcə güclü maqnit sahələrinə məruz qoyaraq fotonlara çevirməyə çalışır. Çətinlik miqyasdadır. Hətta güclü laboratoriya maqnitləri belə yalnız nisbətən kiçik bir sahəni əhatə edə bilər.

Kyoto Universiteti, Xirosima Universiteti və Nihon Universitetindən olan tədqiqatçılar bu məhdudiyyəti aradan qaldırmağın yolunu tapdılar. Onlar yalnız laboratoriya avadanlıqlarına etibar etmək əvəzinə, Yer kürəsinin öz maqnit mühitindən təcrübənin bir hissəsi kimi istifadə edilə biləcəyini soruşdular.

Müxbir müəllif Atsuşi Taruya deyir: “Biz özümüzə soruşduq ki, axtarışda Yer kürəsinin özündən nəhəng detektor kimi istifadə edə bilərikmi?”. “Yer-ionosfer boşluğu, araşdırmaq istədiyimiz kütlə diapazonu ətrafında elektromaqnit dalğalarını gücləndirən təbii rezonator kimi çıxış edir.”

Yer səthi ilə ionosfer arasındakı bölgə, böyük bir boşluq kimi, təbii olaraq elektromaqnit dalğaları ilə rezonans yarada bilər. Bu, onu, xüsusilə, qrupun araşdırmaq istədiyi ultra yüngül hissəciklərlə əlaqəli siqnalların axtarışı üçün faydalı etdi.

Axtarışı Daha Yüksək Tezliklərə Genişləndirmək

Maneələrdən biri əvvəlki nəzəriyyənin yalnız 1 Hz-dən aşağı tezlikləri etibarlı şəkildə təsvir edə bilməsi idi. Bu da potensial faydalı tezlik diapazonunun çox hissəsinin araşdırılmamış qalmasına səbəb oldu.

Bu problemi həll etmək üçün tədqiqatçılar atmosferin elektrik keçiriciliyini əhatə edən yeni bir nəzəri çərçivə hazırladılar. Onların hesablamaları göstərdi ki, Yer-ionosfer boşluğu 8 Hs-ə yaxın siqnalları gücləndirə bilər və təxminən 30 Hs-ə qədər etibarlı proqnozlar verməyə imkan verdi.

Model həmçinin iki qaranlıq maddə namizədi arasında əhəmiyyətli bir fərq proqnozlaşdırdı. Aksionların yaratdığı siqnallar yerdən asılı olaraq dəyişməli, ən güclüsü isə Cənub-Şərqi Asiyada gözlənilir. Tünd foton siqnalları isə, əksinə, dünyada demək olar ki, eyni gücdə görünməlidir.

On Bir Maqnit Məlumatı Test Edildi

Bu çərçivədən istifadə edərək, komanda Britaniya Geoloji Xidmətinin Eskdalemuir Rəsədxanası tərəfindən 2012-2022-ci illər arasında toplanmış təxminən 10 illik geomaqnit ölçmələrini araşdırdı.

Tədqiqatçılar əvvəlcə məlumatlardan süni səs-küy mənbələrini çıxardılar. Daha sonra qaranlıq maddənin uzun müddət ərzində istehsal etməsi gözlənilən çox dar bir tezlik diapazonunda cəmləşmiş sabit siqnal növünü axtardılar. Daha sonra nəticələr statistik təhlilə məruz qaldı.

Eyni nəzəri yanaşma qaranlıq fotonlara da tətbiq edilmişdir. Aksionlardan fərqli olaraq, qaranlıq fotonlar maqnit sahəsi mövcud olmadıqda belə elektromaqnit dalğaları yarada bilər, buna görə də tədqiqatçılar məlumat dəstində həmin hissəciklərin yaratdığı fərqli imzaları axtardılar.

Daha Güclü Limitlər və Sirli Siqnal Namizədləri

Tədqiqatçılar bütün Yer kürəsini müəyyən bir aksion kütlələri diapazonu üçün detektor kimi effektiv şəkildə istifadə etməklə, aksionların işıqla nə qədər güclü qarşılıqlı təsir göstərə biləcəyinə yeni məhdudiyyətlər qoydular.

Bu limitlər yerüstü təcrübənin əvvəlki ən yaxşı nəticəsindən təxminən 100 dəfə daha dar idi. Onlar həmçinin Chandra və NuSTAR kimi rəsədxanalar tərəfindən aparılan astrofiziki rentgen müşahidələrindən irəli gələn məhdudiyyətlərlə rəqabət aparırdılar, baxmayaraq ki, bu astrofiziki limitlər müəyyən nəzəri fərziyyələrdən asılıdır.

Qaranlıq foton axtarışı xüsusilə maraqlı bir nəticə verdi. Tədqiqatçılar potensial olaraq qaranlıq maddə mənşəli ola biləcək bir neçə siqnal namizədi müəyyən etdilər. Lakin bu siqnalların mənbəyi hələ də məlum deyil və onlar qaranlıq maddənin sübutu kimi təsdiqlənməyib.

Buna görə də, qaranlıq maddənin əsl kimliyi hələ də həll olunmayıb. Buna baxmayaraq, yeni nəzəri çərçivə tədqiqatçılara gələcək axtarışları genişləndirmək və Yer kürəsinin təbii elektromaqnit mühitindən qaranlıq maddənin ən yüngül formalarını araşdırmaq üçün bir vasitə kimi istifadə etmək üçün güclü bir yol verə bilər.