|
Аксионные звезды расскажут, что такое темная материя
|
|
|
|
Мы могли бы приблизиться к пониманию тайны, стоящей за тем, что такое темная материя, после новых исследований физиков из Королевского колледжа Лондона. Впервые теоретизированные в 1977 году аксионы - это гипотетические частицы малой массы, которые были предложены в качестве возможного претендента на темную материю из-за выделяемого ими тепла. Однако из-за диапазона размеров и масс, которыми они могли бы быть, их окончательная идентификация была затруднена. В серии статей в Physical Review D Лиина Чунг-Юкко, профессора Малкольм Фэйрберн, Юджин Лим, доктор Дэвид Марш и их коллеги предложили новый подход к обнаружению этой "чудо-частицы", который мог бы объяснить как темную энергию, так и темную материю. Профессор Малкольм Фэйрберн объясняет: "Аксионы являются одними из главных кандидатов на темную материю. Мы обнаружили, что они обладают способностью нагревать Вселенную точно так же, как сверхновые и обычные звезды, после объединения в плотные скопления. Вооружившись этими знаниями, мы с гораздо большей уверенностью знаем, куда направить наши приборы в полевых условиях, чтобы найти их".
|
|
|
|
Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что около 85% вещества во Вселенной составляет темная материя — неизвестная форма материи, которую мы не смогли наблюдать или исследовать. Гравитационные эффекты, наблюдаемые в таких сценариях, как формирование галактик, не имеют смысла в рамках модели Эйнштейна, если только не существует большого количества материи, которую мы не можем видеть и которая не взаимодействует со светом или электромагнитными полями. Аксионы являются претендентами на эту гипотетическую форму материи. Эти частицы с малой массой должны присутствовать в очень больших количествах, чтобы объяснить недостающую массу в галактиках. Поскольку эти аксионы должны существовать в большом количестве, они также должны быть плотно упакованы в определенных областях, что означает, что они подчиняются законам квантовой механики.
|
|
|
Это означало бы, что отдельные аксионы начали бы действовать согласованно. Это означало бы, что в центре галактик могут существовать большие группировки аксионной темной материи, иначе известные как "аксионные звезды". Эти аксионные звезды могут стать нестабильными после определенного порога массы, взрываясь электромагнитным излучением и фотонами — частицами света, как более подробно показано Лииной Чунг-Юкко. Ученые предполагают, что эти взрывы потенциально могли нагреть межгалактический газ, который существовал между галактиками во время, отделяющее большой взрыв от образования первых звезд, через 50-500 миллионов лет после возникновения Вселенной. Это изменило бы то, как космическое фоновое излучение (CMB) — электромагнитное излучение, заполняющее все пространство, — выглядело бы в течение этого периода, который ученые в настоящее время могут наблюдать с помощью радиоволн, используя метод, называемый измерением 21 см.
|
|
|
|
Ища таким образом сигналы о том, где взорвались аксионные звезды в ранней или нынешней Вселенной, ученые, возможно, смогут использовать эти методы для отслеживания пока ненаблюдаемого аксиона и обнаружения источника некоторой, если не всей, темной материи. Малкольм Фэйрберн сказал: "Когерентные аксионные звезды, даже те, которые относительно компактны, обладают потенциалом взорваться ореолом электромагнетизма и света. Знание того, какие структуры может образовывать аксионная темная материя и ее влияние на окружающий межгалактический газ, может проложить новые пути для ее обнаружения. "Возможность найти аксион, вероятно, помогла бы нам решить один из самых важных вопросов науки, который находится в процессе становления более ста лет, и помогла бы раскрыть историю ранней Вселенной".
|
|
|
|
Вычислив общее количество аксионных звезд во Вселенной и, следовательно, их скрытый взрывной потенциал в межгалактическом газе, команда также предположила размер сигнала, который аксионные звезды будут выдавать в CMB. Это позволило бы при измерениях в 21 см точно классифицировать то, что происходит из аксионов, а что нет, что помогло бы в поиске. Работа King's присоединяется к растущему хору среди научного сообщества, ищущего аксион как главного претендента на темную материю, сказал Дэвид Марш: "Измерение в 21 см обычно рассматривается как будущее космологии, и роль, которую оно играет в поисках аксиона, является важной причиной для этого. В настоящее время разрабатывается огромное количество аксионных поисковых систем, включая такие проекты, как Радио Темной материи. Сейчас очень, очень захватывающее время для того, чтобы быть астрофизиком."
|
|
|
|
Источник
|
