Wijst de door AMS-02 waargenomen cut-off van de positronenflux op een WIMP van 1 TeV?

Credit: S. Ting et al / AMS-02

Deze week zijn de resultaten gepresenteerd door de natuurkundige en Nobelprijswinnaar Samuel Ting (Massachusetts Institute of Technology) van vijf jaar onderzoek met de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), de grote detector van kosmische straling, die op 19 mei 2011 door astronauten van spaceshuttle Endeavour aan één van de modules van het internationale ruimtestation ISS werd bevestigd. Met die loodzware detector – 6.717 kg schoon aan de haak – meten ze de geladen deeltjes van kosmische straling, deeltjes die met een zeer sterke magneet afgebogen worden richting de deeltjesdetectoren in de AMS-02. Sinds de start van de waarnemingen vijf jaar geleden zijn meer dan 90 miljard deeltjes waargenomen en gemeten. Een deel daarvan betreft ook animaterie, zoals positronen, dat zijn de antideeltjes van elektronen. Zeer interessant in de resultaten is hetgeen met de AMS-02 is waargenomen in de hoeveelheid positronen, de zogeheten positronen-flux. In die flux is namelijk een ‘cut-off’ te zien, een plotselinge afname van de hoeveelheid positronen met een bepaalde energie na een eerdere geleidelijke toename. Zie bovenstaande afbeelding met daarin duidelijk zichtbaar eerst de geleidelijke toename vanaf 8 GeV en dan de cut-off, die bij een energie van ongeveer 1 TeV (da’s één miljard elektronvolt) plaatsvindt.

De AMS-02. Credit: NASA

Theoretische modellen zeggen dat zo’n cut-off kan wijzen op het bestaan van deeltjes donkere materie. Deeltjes met een energie gelijk aan die cut-off waarde zouden dan na botsing met elkaar kunnen annihileren en overgaan in een elektron en positronpaar.

X+ X -> e^– + e⁺

Ting, leider van het wetenschappelijk team van de AMS-02, denkt dat er mogelijk sprake is van een WIMP ^[1]Da’s een ‘weakly interactive massive particle’. van 1 TeV, een zogeheten neutralino, die verantwoordelijk is voor deze cut-off in de positronenflux. Hard bewijs voor die stelling heeft hij nog niet, want daar is de hoeveelheid waargenomen positronen te klein voor. Het zou kunnen zijn dat de waargenomen positronenflux wordt veroorzaakt door iets anders en wel een broeinest aan pulsars, die zich mogelijk in het centrum van ons Melkwegstelsel ophouden. Meer waarnemingen moeten duidelijk maken of het een WIMP is of een pulsar, die dit alles veroorzaakt. Ting denkt dat ze nog jaren nodig zullen hebben om dat onderscheid te maken en dat ze pas in 2024 uitsluitsel kunnen geven.

Daar is ‘ie, de AMS-02, vastgemaakt aan het ISS. Credit: NASA

Dus mensen, graag nog even het nodige geduld – tenzij andere instrumenten, zoals de Large Hadron Collider van CERN bij Genève, ons eerder laten weten hoe het precies zit. Bron: The Reference Frame + Symmetry Magazine.

Gerelateerde Astroblogs:

Astronomen stellen een ‘spiegeluniversum’ voor als mogelijke verklaring voor donkere materie Einsteinringen zeggen meer over de aard van donkere materie Schijf Melkwegstelsel is gekromd, mogelijk omdat de halo donkere materie scheef staat