Темная материя остается одной из величайших загадок астрофизики с момента ее открытия 90 лет назад. Сегодня главным кандидатом на роль ее частицы является аксион — гипотетическая элементарная частица с необычайно малой массой. Ученые из Калифорнийского университета в Беркли заявляют, что аксион можно обнаружить всего за несколько секунд после вспышки сверхновой, если гамма-телескоп будет направлен в нужную сторону.
Когда массивная звезда заканчивает свою жизнь, она коллапсирует в нейтронную звезду, порождая огромное количество аксионов в течение первых 10 секунд. Эти частицы, если они существуют, могут превращаться в высокоэнергетические гамма-лучи под воздействием сильного магнитного поля звезды. Если гамма-телескоп, например, космическая обсерватория Fermi, зафиксирует такое событие, ученые смогут с высокой точностью определить массу аксиона и его свойства.
Однако такая удача маловероятна: чтобы гамма-лучи были достаточно яркими, сверхновая должна взорваться поблизости — в пределах нашей галактики или ее спутников. Подобные события происходят раз в несколько десятилетий, а последний случай произошел в 1987 году в Большом Магеллановом Облаке. Тогда технологии не позволили уловить предполагаемые гамма-лучи.
Подтверждение существования аксионов позволит решить множество проблем современной физики, например, дать теоретическое объяснение связи гравитации и квантовой механики, а также понять структуру Вселенной, а самых малых и самых больших масштабах.
Особый интерес вызывает так называемый QCD-аксион, который взаимодействует с материей через все четыре фундаментальные силы природы: гравитацию, электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействия. Это отличает аксион от других гипотетических частиц, например, нейтрино.
Калифорнийские исследователи предлагают не только использовать Fermi, но и создавать новые телескопы для полного покрытия неба. Они уже придумали название для этой инициативы — GALAXIS (GALactic AXion Instrument for Supernova).
«Мы все переживаем из-за того, что следующая сверхновая может взорваться до появления нужного оборудования», — признается автор работы Бенджамин Сафди.
Исследовательская группа уже доказала, что аксионы могут эффективно превращаться в гамма-лучи в сильных магнитных полях нейтронных звезд. Они рассчитали, что обнаружение гамма-лучей позволит определить массу аксиона с точностью до нескольких микроэлектронвольт.
Сегодня ученые проводят наземные эксперименты для поиска аксионов. Однако возможности лабораторий ограничены, и вспышка сверхновой может дать несравнимо более точные результаты.
«Если Fermi зафиксирует такое событие, мы сможем измерить массу аксиона, силу взаимодействия, а также подтвердить его существование с высокой уверенностью», — добавляет Сафди.
Взрыв ближайшей звезды-сверхновой может стать поворотным моментом в поисках темной материи и открыть новую главу в понимании устройства Вселенной. Ученые надеются, что удача будет на их стороне, и на этот раз они будут готовы встретить вспышку.
Ранее астрономы раскрыли механизм восстановления короны Солнца после выбросов плазмы.