A natural explanation for 21 cm absorption

[BjarneModerator Super Nova]

A natural explanation for 21 cm absorption signals via the QCD axion

The EDGES Collaboration has reported an anomalously strong 21 cm absorption feature corresponding to the era of first star formation, which may indirectly betray the influence of dark matter during this epoch. We demonstrate that, by virtue of the ability to mediate cooling processes whilst in the condensed phase, a small amount of axion dark matter can explain these observations within the context of standard models of the QCD axion. Notably, this effect only requires adjustment of a single parameter to match to the EDGES data. The resulting axion parameters are close to existing bounds and thus future experiments and large scale surveys, particularly the International Axion Observatory (IAXO) and EUCLID, should have the capability to directly test this scenario.

 

Den følgende artikel blev skrevet uafhængigt af ovenstående. Den når til en tilsvarende konklusion: Baryonerne afkøles af et Bose-Einstein kondensat af mørkt stof bestående af axioner.

Axion dark matter and the 21-cm signal

It was shown in ref. [1805.04426] that cold dark matter axions reach thermal contact with baryons, and therefore cool them, shortly after the axions thermalize among themselves and form a Bose-Einstein condensate. The recent observation by the EDGES collaboration of a baryon temperature at cosmic dawn lower than expected under “standard” assumptions is interpreted as new evidence that the dark matter is axions, at least in part. Baryon cooling by dark matter axions is found to be consistent with the observation of baryon acoustic oscillations.

 

[astoftDeltager Planet]

Kære Bjarne.
Kunne du ikke være så venlig at forklare dette lidt mere.
Disse “nyeste artikler” er faktisk uforståelige, hvis man ikke har fulgt med i litteraturen.
Jeg har hørt, at der både er mørkt stof og mørk energi; men jeg har aldrig forstået, hvad det mørke stof er lavet af.
Som observerende astronom er det svært at forholde sig til disse langhårede teorier.
Har man observeret noget af alt det der?

Venligst
Søren

PS: Har man nogensinde observeret det, der kaldes Hawkins stråling.
Altså den stråling, der knytter sig til, at små sorte huller fordamper, når tiden er inde for dem?

Søren Toft - Virum
EOS 200D, 1620mm f/9 Astro Physics eller 200mm f/5.6 Skywatcher AZ-GTI

[BjarneModerator Super Nova]

Et rigtigt godt spørgsmål, som er lettere at stille end besvare. Der er ingen, som ved hvad det mørke stof er lavet af. Der er heller ingen som ved, hvad den mørke energi er lavet af.
Man ved dog heldigvis noget. Der kræves mørkt stof for at holde galaksehobene sammen, så galakserne ikke forsvinder i alle retninger. Der kræves ligeledes en mørk halo omkring spiralgalakserne for at forklare, at rotationshastigheden ikke aftager på samme måde som i solsystemet. Disse astronomiske mærkværdighede vakte ikke synderlig opmærksomhed hos fysikerne, før man fik store problemer med at forklare de alt for små temperaturvariationer, som man med voksende nøjagtighed målte, eller rettere ikke kunne måle, op gennem 1970’erne. Det viste sig, at de lave fluktuationer kunne forklares, hvis der findes nogle tunge neutrale partikler, som kun vekselvirker svagt med atomkerner. Det blev derfor en populær antagelse, at de vekselvirker med en styrke som neutrinoerne. Disse hypotetiske partikler kaldes WIMPS = weakly interacting massive particles. Man har, på trods af mange forsøg, ikke været i stand til at påvise dem. Man er ved at tabe troen på deres eksistens. Ideen om disse axioner er faktisk mange årtier gammel. De blev indført for at forklare en anomali ved quarkernes vekselvirkninger (QCD). Dette er ikke mit felt, så jeg er på gyngende grund. Det interessante er, de lette bosoner. Der er 2 typer partikler i den kvantemekaniske verden (a) fermioner med halvtallig spin (elektroner, protoner,..) og (b) bosoner med heltallig spin (fotoner, axioner,..). For bosoner gælder, at de kan danne såkaldte Einstein-Bose kondensater, hvor mange bosoner befinder sig i samme tilstand. Det er dette, som sker for fotoner i en laser. Et kondensat af bosoner bevæger sig samlet omkring som en enkelt massiv partikel. Det er sådanne kondensater, som angiveligt kan nedkøle de neutrale hydrogenatomer, så dette kan forklare den for kraftige 21-cm absorption. Argumentet bliver først aktuelt, når man er helt sikker på, at “absorktionen” ikke skyldes fratrækning af en forkert baggrund. Problemet er, at disse observationer er så vanskelige.

Nej. Man har heller ikke observeret Hawkins stråling fra mini sorte huller.

[BjarneModerator Super Nova]

Hvor stor en del af Universets samlede masse findes i form af stjerner i galakserne? Svar: Stjernerne udgør under en promille af Universets masse!

[astoftDeltager Planet]

Tak for svaret.

Søren Toft - Virum
EOS 200D, 1620mm f/9 Astro Physics eller 200mm f/5.6 Skywatcher AZ-GTI

[Forfatter]

Indlæg