Ny forskning av den tidigare OKC-medlemmen Pedro de la Torre Luque och den nuvarande medlemmen Tim Linden visar hur AMS-02-experimentet på den internationella rymdstationen kan kasta ljus över den mörka materiens natur.

Den mörka materian, som utgör över 85% av universums materia, är fortfarande ett av kosmologins största mysterier. En ny studie publicerad i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics har återupplivat intresset för en potentiell kandidat till mörk materia: WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Även om WIMPs aldrig observerats direkt ansågs de en gång i tiden utgöra den ledande förklaringen till mörk materia. Under årens lopp har dock många WIMP-modeller uteslutits, vilket har begränsat sökandet. Men de senaste rönen från AMS-02-experimentet ombord på den internationella rymdstationen har väckt förnyat intresse.

Preliminära resultat från AMS-02 visar på oväntade spår av antimateria – särskilt antihelium – i den kosmiska strålningen, vilket vissa forskare tror kan vara ett tecken på WIMP-partiklar. När två sådana partiklar annihilerar med varandra kan de producera antimateria. Mängden antihelium som observerades av AMS-02 är mycket högre än förväntat, vilket tyder på att de regelbundna interaktionerna med kosmisk strålning inte helt kan förklara dessa resultat.

Pedro de la Torre Luque, som tills nyligen var medlem i Oskar Klein Center, förklarar:

Om man ser att antipartiklar skapas i det interstellära mediet, där man egentligen förväntar sig väldigt få antipartiklar, betyder det att något ovanligt händer. Det var därför observationen av antihelium var så spännande.

Studien visar att även om vissa WIMP-modeller är förenliga med den observerade mängden antideuteroner och antihelium-3, så är ingen vanlig WIMP-modell förenlig med antihelium-4. I synnerhet antyder upptäckten av antihelium-4, vilket är en tyngre och mer sällsynt isotop, att det kan finnas ännu mer ”exotiska” partiklar av mörk materia. Även om WIMP:er fortfarande är en lovande kandidat för mörk materia, tyder dessa nya observationer på att vår förståelse av mörk materia kan behöva utökas med mer exakta experiment och nya teoretiska modeller.

Tim Linden förklarar: 

Att söka efter tunga antinukleoner är en av de mest spännande möjligheterna att upptäcka mörk materia. Detta beror på att astrofysikaliska mekanismer (som nästan helt består av materia och inte antimateria) är extremt dåliga på att producera något flöde av antinukleoner, medan mörk materia förväntas att endast skapa ett litet flöde av antinukleoner. I denna artikel görs viktiga framsteg när det gäller att beräkna hur litet flödet av antinukleoner är från normala astrofysiska källor – vilket gör att vi kan göra mer robusta förutsägelser om eventuella kommande (eller redan existerande) signaler från antinukleoner.

Tillsammans med kollegorna Thong T. Q. Nguyen (också från OKC) och Tim M. P. Tait presenterades Tim Lindens forskning också som månadens bild för ESA:s gammastrålningstelekopet INTEGRAL. Deras arbete sätter gränser för den möjliga existensen av ”mörka fotoner”, en hypotetisk partikel som interagerar med mörk materia.