Stopy tajomnej častice predpovedané pred desiatkami rokov mohli byť rozpoznané

Umelcov dojem magnetarového typu neutrónovej hviezdy. (ESO/L. Calçada)

Dôkazy o dlho hľadanej hypotetickej častici sa mohli celý ten čas skrývať na očiach.

Vedci preukázali, že röntgenové žiarenie pochádzajúce zo zbierky neutrónových hviezd známych ako Sedem veľkolepých je také nadmerné, že by mohlo pochádzať z axiónov, dlho predpovedaného druhu častíc, vytvorených v hustých jadrách týchto mŕtvych objektov.

Ak sa ich zistenia potvrdia, tento objav by mohol pomôcť odhaliť niektoré záhady fyzického vesmíru – vrátane povahy záhadných temná hmota ktorá to všetko drží pohromade.



'Hľadanie axiónov bolo jedným z hlavných snáh vo fyzike častíc s vysokou energiou, teoreticky aj experimentálne,' povedal astronóm Raymond Co z University of Minnesota.

„Myslíme si, že axióny by mohli existovať, ale zatiaľ sme ich neobjavili. Axiony si môžete predstaviť ako častice duchov. Môžu byť kdekoľvek vo vesmíre, ale neinteragujú s nami silno, takže ich zatiaľ nemáme pozorované.“

Axióny sú hypotetické častice s ultra nízkou hmotnosťou, prvýkrát teoretizované v 70. rokoch minulého storočia, aby vyriešili otázku, prečo silné atómové sily nasledujú po niečom tzv. symetria náboj-parita , keď väčšina modeliek hovorí, že to netreba.

Axióny sú predpovedané mnohými modelmiteória strún– navrhované riešenie napätia medzi všeobecná relativita a kvantová mechanika – a axióny špecifickej hmotnosti sú tiež asilný kandidát na tmavú hmotu. Vedci teda majú niekoľko naozaj dobrých dôvodov, prečo ich ísť hľadať.

Ak existujú, očakáva sa, že axióny budú produkované vo vnútri hviezd. Tieto hviezdne axióny nie sú rovnaké ako axióny temnej hmoty, ale ich existencia by znamenala existenciu iných druhov axiónov.

Jedným zo spôsobov hľadania axiónov je hľadanie nadmerného žiarenia. Očakáva sa, že axióny sa v prítomnosti magnetického poľa rozpadnú na páry fotónov – takže ak sa v oblasti, kde sa očakáva, že dôjde k tomuto rozpadu, zistí viac elektromagnetického žiarenia, ako by malo, mohlo by to predstavovať dôkaz axiónov.

V tomto prípade je nadbytočné tvrdé röntgenové žiarenie presne to, čo astronómovia zistili pri pohľade na Sedem veľkolepých.

Tieto neutrónové hviezdy – zrútené jadrá mŕtvych masívnych hviezd, ktoré zahynuli pri supernove – nie sú zoskupené v skupine, ale zdieľajú množstvo spoločných znakov. Všetky sú to izolované neutrónové hviezdy približne stredného veku, niekoľko stotisíc rokov od hviezdnej smrti.

Všetky chladia a vyžarujú pri tom nízkoenergetické (mäkké) röntgenové lúče. Všetky majú silné magnetické polia, biliónkrát silnejšie ako tie Zeme,dostatočne silný na spustenie rozpadu axiónu. A všetky sú relatívne blízko, do 1500 svetelných rokov od Zeme.

To z nich robí vynikajúce laboratórium na hľadanie axiónov, a keď tím výskumníkov – vedený vedúcim autorom a fyzikom Benjaminom Safdim z Lawrence Berkeley National Laboratory – študoval Magnificent Seven s viacerými ďalekohľadmi, identifikovali vysokoenergetické (tvrdé) X. -emisia žiarenia sa neočakáva pre neutrónové hviezdy tohto typu.

Vo vesmíre však existuje veľa procesov, ktoré môžu produkovať žiarenie, takže tím musel starostlivo preskúmať ďalšie potenciálne zdroje emisie. Pulzary napríklad vyžarujú tvrdé röntgenové žiarenie; ale iné druhy žiarenia vyžarované pulzarmi, ako sú rádiové vlny, nie sú prítomné v Sedem veľkolepých.

Ďalšou možnosťou je, že nevyriešené zdroje v blízkosti neutrónových hviezd by mohli produkovať tvrdé röntgenové žiarenie. Ale súbory údajov, ktoré tím použil, z dvoch rôznych vesmírnych röntgenových observatórií – XMM-Newton a Chandra – naznačovali, že emisia pochádza z neutrónových hviezd. Tím zistil, že signál pravdepodobne nie je výsledkom nahromadenia mäkkého röntgenového žiarenia.

'Sme si celkom istí, že tento prebytok existuje, a sme si istí, že medzi týmto prebytkom je niečo nové,' povedal Safdi . „Ak by sme si boli na 100 percent istí, že to, čo vidíme, je nová častica, bolo by to obrovské. To by bolo vo fyzike revolučné.“

To neznamená, že prebytok je nová častica. Môže ísť o dovtedy neznámy astrofyzikálny proces. Alebo by to mohlo byť niečo také jednoduché ako artefakt z ďalekohľadov alebo spracovanie údajov.

'Netvrdíme, že sa nám podarilo objaviť axion, ale hovoríme, že extra röntgenové fotóny možno vysvetliť pomocou axionov,' Povedal Co . 'Je to vzrušujúci objav prebytku röntgenových fotónov a je to vzrušujúca možnosť, ktorá je už v súlade s našou interpretáciou axiónov.'

Ďalším krokom bude pokus o overenie nálezu. Ak je prebytok produkovaný axiónmi, potom by väčšina žiarenia mala byť emitovaná pri vyšších energiách, než sú schopné detekovať XMM-Newton a Chandra. Tím dúfa, že použije novší teleskop, NASA NuSTAR, na pozorovanie Magnificent Seven v širšom rozsahu vlnových dĺžok.

Magnetizované biele trpasličie hviezdy by mohli byť ďalším miestom na hľadanie emisie axiónov. Rovnako ako Magnificent Seven, aj tieto objekty majú silné magnetické polia a neočakáva sa, že budú produkovať tvrdé röntgenové žiarenie.

'Toto začína byť dosť presvedčivé, že toto je niečo nad rámec Štandardný model ak tam tiež vidíme prebytok röntgenového žiarenia,“ povedal Safdi .

Výskum bol publikovaný v r Fyzické prehľadové listy .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.