Зламати Всесвіт. Фізики знайшли сліди загадкових частинок, з яких складається темна матерія
Наукпоп19 січня 2021, 07:02
Якщо їхні висновки підтвердяться, це відкриття може допомогти розгадати деякі загадки Всесвіту, головна з яких — природа темної матерії.
«Виявлення аксіонів було одним з основних напрямів фізики частинок високих енергій, як у теорії, так і в експериментах», — наводить Science Alert слова астронома Раймонда Ко з Університету Міннесоти.
Існування аксіонів вчені припускали вже давно, але досі ніхто не міг їх знайти. «Вони можуть перебувати де завгодно у Всесвіті, але вони не сильно взаємодіють з нами, тому у нас немає ніяких спостережень, поки їх немає», — продовжує астроном.
Аксіони — це гіпотетичні частинки з надмалою масою. Їх існування припускають багато моделей теорії струн, яка об'єднує ідеї квантової механіки і теорію відносності Ейнштейна. Вона передбачає, що взаємодії всіх фундаментальних частинок, їх масу і заряд визначають вібрації одновимірних ультрамікроскопічних струн — саме тих аксіонів. А з них натомість гіпотетично складається темна матерія.
Найменші докази теорії струн можуть зробити її Теорією всього, що дозволить пояснити такі суперечливі поняття, як квантова гравітація. Довівши теорію струн, вчені зможуть об'єднати різні моделі фізики і відповісти на її фундаментальні питання. Саме для доведення цієї теорії вченим так важливо було знайти аксіони.
Передплатіть NV Преміум та читайте без обмежень
Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою
Один зі способів пошуку аксіонів — пошук надлишкового електромагнітного випромінювання. Очікується, що аксіони розпадуться на пари фотонів у присутності магнітного поля, тому, якщо в області, де очікується цей розпад, буде виявлено більше випромінювання, ніж має бути, це може вказувати на наявність аксіонів.
Саме на високий рівень рентгенівського випромінювання звернули увагу астрономи, коли стежили за Чудовою сімкою. Це група нейтронних зірок, що з’явилися внаслідок вибуху наднової приблизно кількасот тисяч років тому. У кожної з них сильне магнітне поле — у трильйони разів сильніше, ніж у Землі, — якого досить для того, щоб припустити там існування аксіонів.
Група дослідників на чолі з фізиком Бенджаміном Сафді з Національної лабораторії Лоуренса Берклі вивчала Чудову сімку за допомогою кількох телескопів. Вони помітили, що від них виходить високоенергетичне випромінювання, нетипове для нейтронних зірок цього типу.
У дослідження було включено багато моделювання, аналізу даних і теоретичної роботи через недостатню вивченість нейтронних зірок. Тому є ймовірність, що річ не в аксіонах — таку кількість радіації можуть випромінювати пульсари, але в Чудовій сімці відсутні інші випромінювання, характерні для цих зірок. Також це міг бути раніше не відомий астрофізичний процес. Або це може бути щось просте, наприклад, артефакт від телескопів або обробки даних.
Але Сафді і його команда сподіваються, що пояснення такої кількості рентгенівського випромінювання лежить за межами Стандартної моделі фізики елементарних частинок або людського фактора.
«Ми не стверджуємо, що ми знайшли аксіони, але ми говоримо, що додаткові рентгенівські фотони можна пояснити саме так», — каже Раймонд Ко, який працював у команді Сафді. — «Це захопливе відкриття, яке узгоджується з нашою інтерпретацією аксіонів».
Зараз астрофізики сподіваються використовувати новий телескоп NASA NuSTAR для спостереження за Чудовою сімкою в ширшому діапазоні довжин хвиль, щоб перевірити свою знахідку і спробувати її підтвердити. Також вони планують стежити за іншими зірками — білими карликами, які володіють сильними магнітними полями і водночас у них не має бути рентгенівського випромінювання.
- Вчені розкрили таємницю зовнішньої Сонячної системи. Чому тут порушуються закони фізики?
- Дивовижна точність. Фізики виміряли найменшу одиницю часу
- Отруйна планета? Фізики з’ясували, як Земля стала придатною для життя
- Загадка Всесвіту і революція в енергетиці. Топ-10 відкриттів у фізиці за минулий рік
- Фізики отримали нові дані про антиматерію. Але ми досі не знаємо, чому її так мало