Tilbake til søkeresultatene

FRIPRO-Fri prosjektstøtte

Uncovering the nature of dark matter in the multi-messenger era

Alternativ tittel: Hvordan avdekke naturen til mørk materie i multi-messenger astrofysikk

Tildelt: kr 8,0 mill.

Synlige objekter i universet vårt, slik som stjerner eller planeter, er satt sammen av atomer som igjen er bygget opp av protoner, nøytroner og elektroner. Kun rundt 16 % av materien i universet består av disse partiklene, og naturen til de resterende 84 % er ukjent og blir vanligvis referert til som «mørk materie». Målet med dette prosjektet er å studere en klasse av nye partikler som kan danne mørk materie og å foreslå hvordan eksistensen av disse partiklene kan avsløres. Et helt nytt vindu for å studere universet vårt ble nylig åpnet ved deteksjon av de såkalte gravitasjonsbølgene. Disse krusningene i rom og tid kan produseres av voldsomme prosesser i universet som faseoverganger mellom ulike faser av materie kort tid etter Big Bang. En slik faseovergang kunne også ha skjedd i den mørke sektoren. Målet med dette prosjektet er å beregne gravitasjonsbølgespektrene som kan måles ved sensitive rombaserte eksperimenter, og som kan kaste lys over naturen av mørk materie. Partiklene av mørk materie som er studert i dette prosjektet interagerer med hverandre, noe som kan endre dannelsen av strukturer i universet vårt. Nyere observasjoner av materiefordeling i galakser og galaksehoper tyder faktisk på at mørk materie kan ha slike selvinteraksjoner. Som en del av dette prosjektet vil disse observasjonene bli brukt til å sette begrensninger på egenskapene til mørk materie-partiklene. I det første året av prosjektet ble vi inspirert av partiklene kalt gluoner som er ansvarlige for å feste sammen nøytronene og protonene i vanlige atomkjerner. Vi foreslo at nye partikler av denne typen, mørke gluoner, kan være tilstede i universet vårt. Ved lave temperaturer ville disse mørke gluonene danne såkalte mørke glueballer og vi viste at de sistnevnte partiklene kunne forklare gåten med mørk materie. Dette scenariet kan testes av gammastråleobservatorier siden høyenergifotoner kan produseres i sporadiske forfall av de mørke glueballene. Vi studerte også den relaterte faseovergangen der de mørke gluonene blir begrenset til de mørke glueballene, men vi viste at hvis universet hovedsakelig er fylt av de mørke glueballene i en viss tidsperiode, blir gravitasjonsbølgene fra faseovergangen dempet og vil ikke kunne påvises av eksperimenter i nær fremtid.

Only about 16% of all the matter in our Universe is formed by the matter that we know from everyday life on Earth and that builds up stars. The nature of the remaining 84% is unknown and this component is usually referred to as dark matter as it does not interact with electromagnetic radiation and its presence is revealed only by its gravitational impact. Although there are reasons to believe that dark matter weakly interacts with the ordinary matter, range of experiments that are trying to confirm this have null results up to now. On the other hand, the success of recent experiments detecting gravitational wave signals opens new possibilities to shed light on the nature of dark matter and this might be the only source of information in certain dark matter models. The objective of this project is to identify a class of dark matter candidates that is consistent with all cosmological and experimental constraints and to provide new testable predictions related to these scenarios. The project concentrates on the so-called strongly interacting massive particles (SIMP) that feature self-interactions, hence, can address the puzzle of small scale structure observations that are in tension with the assumption of collisionless cold dark matter. Interpretation of these observations is a matter of ongoing debate, hence, the constraints on self-interactions will be revisited in view of this current progress. Moreover, strongly coupled theories in general may feature a strong first order phase transition and can, hence, be in principle revealed by future gravitational wave experiments looking for the so-called stochastic gravitational wave background. Predictions for this gravitational wave signal will be derived for the specific setup of SIMP models, but these results will be applicable to a wide class of strongly coupled models addressing different puzzles in particle physics.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRIPRO-Fri prosjektstøtte

Finansieringskilder