Предложен новый способ поиска неуловимых частиц темной материи
Аксионная модель темной материи все еще остается одной из самых перспективных, и команда астрофизиков во главе с учеными из университетов Амстердама и Принстона придумала способ ее подтвердить или опровергнуть. Согласно их исследованию, опубликованному в журнале Physical Review Letters, состоящая из аксионов материя должна будет проявить себя свечением вокруг пульсирующих звезд.
Аксионы — это гипотетические частицы, очень слабо взаимодействующие с известными нам типами своих «собратьев». Первые предположения об их существовании появились еще в 1970-е годы, но до сих пор физикам не удается их поймать даже с помощью Большого адронного коллайдера. Хотя само их существование прямо-таки напрашивается — если, к примеру, исходить из истинности теории струн.
Именно из таких частиц может существовать 85% материи во Вселенной — та ее часть, которую астрофизики называют «темной» и которую тоже до сих пор не нашли. Но предполагается, что под воздействием сильных электромагнитных полей некоторые аксионы могут превращаться в излучение. А значит, их можно уловить земными телескопами, если нацелить последние на объекты с самым сильным электромагнитным полем — пульсары.
Эти звезды представляют собой исключительно плотные объекты: по своей массе они примерно сопоставимы с Солнцем, но в сотни тысяч раз меньше по размеру и имеют всего около 10 километров в диаметре. Пульсары вращаются с «чудовищной» скоростью, испуская яркие и узкие радиолучи вдоль оси вращения, что в совокупности делает пульсар самым мощным электромагнитом, известным астрономам на сегодняшний день.
Согласно расчетам команды астрофизиков из Португалии, США и Нидерландов, каждую секунду средний пульсар был бы способен производить 50-значное число аксионов. А из-за сильного электромагнитного поля вокруг пульсара часть этих частиц могла бы преобразовываться в наблюдаемый свет. Это значит, что если аксионы существуют, то можно просто сравнить наблюдаемый свет пульсаров с расчетным и вычислить «дельту», которая подтвердит или опровергнет существование темной материи.
В своей работе команда создала всеобъемлющую теоретическую модель образования аксионов и преобразования их в свет вокруг пульсара. Затем теоретические результаты были перенесены на компьютер для более подробного моделирования всех возможных сценариев. После того, как суперкомпьютер наглядно визуализировал то, как выглядело бы аксионное свечение вокруг пульсирующих звезд, оставалось только сравнить полученную модель с реальными наблюдениями.
И здесь исследование застопорилось. Астрономы тщательно пронаблюдали 27 близлежащих пульсаров, сравнили их фактические «радиопортреты» с моделью, и вывод был однозначен: доказательств существования аксионов найти не удалось. Возможно, «пока» не удалось, так как метод поиска будет совершенствоваться со временем. Практическая же польза работы оказалась в другом: исследование на практике установило самые строгие на сегодняшний день ограничения на взаимодействие, которое аксионы могут иметь со светом.
