Fabryki ciemnej materii. Mogą być nimi gwiazdy neutronowe
Ciemna materia stanowi zagadkę, która od lat intryguje naukowców. Ta tajemnicza substancja, której nie możemy zobaczyć ani bezpośrednio zbadać, odpowiada za aż 27 proc. masy wszechświata. Jednym z kandydatów na ciemną materię są aksjony - hipotetyczne cząstki, które mają być wytwarzane wokół gwiazd neutronowych. Co to oznacza dla naszych poszukiwań ciemnej materii?
Aksjony to cząstki zaproponowane jako sposób na rozwiązanie problemów w Modelu Standardowym fizyki cząstek. Co ciekawe, nazwa "aksjon" pochodzi od popularnej marki środka czyszczącego, aksjony miały bowiem "oczyścić" fizykę z niezgodności teoretycznych dotyczących neutronów. Od czasu ich zaproponowania, aksjony stały się jednym z głównych kandydatów na ciemną materię, choć do tej pory ich bezpośrednia detekcja pozostaje nieosiągalna.
Gwiazdy neutronowe to jedne z najgęstszych obiektów we wszechświecie - są one pozostałościami po eksplozjach supernowych, czyli końcach żywotów masywnych gwiazd. Wokół tych niezwykłych obiektów mogą powstawać tzw. chmury aksjonowe.
Naukowcy sugerują, że niektóre aksjony produkowane w gwiazdach neutronowych mogą przekształcać się w fotony i opuszczać gwiazdę. Jednak wiele z nich zostaje uwięzionych przez silne pole grawitacyjne gwiazdy, tworząc wspomnianą chmurę aksjonową.
W niedawno opublikowanym artykule w "Physical Review X" badacze z uniwersytetów w Amsterdamie, Princeton i Oxfordzie podkreślają, że magnetary - gwiazdy neutronowe o niezwykle silnych polach magnetycznych - mogą stanowić idealne środowisko do konwersji aksjonów w światło. W warunkach tych aksjony mogą przekształcać się w fale elektromagnetyczne, które potencjalnie dałoby się wykryć za pomocą teleskopów kosmicznych.
Detekcja aksjonów nie jest prosta. Zwykłe "odbicie" światła od aksjonów jest prawdopodobnie niezwykle rzadkim zjawiskiem. Dużo bardziej prawdopodobne jest wykrycie ich dzięki efektowi Primakoffa, który pozwala na konwersję aksjonów w światło w obecności silnego pola magnetycznego. Dlatego właśnie magnetary, o których w badaniu wspominał Anirudh Prabhu z Princeton, są tak interesujące dla fizyków.
Warto dodać, że fale elektromagnetyczne powstałe z konwersji aksjonów mogą mieć różne długości - od ułamków cala do ponad kilometra. Niestety, ziemska jonosfera blokuje obserwacje bardzo długich fal radiowych, co sprawia, że teleskopy kosmiczne są jedyną nadzieją na uchwycenie śladów aksjonów.
Współczesne tego rodzaju teleskopy, np. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, koncentrują się jednak na obserwacjach w podczerwieni. Potrzebne są więc dedykowane obserwatoria radiowe. Jednym z najbardziej obiecujących projektów jest Lunar Crater Radio Telescope, który miałby zostać umieszczony na ciemnej stronie Księżyca. Takie rozwiązanie zagwarantowałoby doskonałe warunki do detekcji fal powstałych przy konwersji aksjonów, które zdaniem naukowców są jednymi z potencjalnie najważniejszych elementów tzw. nowej fizyki.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
