В търсене на аксиони: Къде се „крият“ частиците, които са потенциални елементи на тъмната материя

Аксионите са хипотетични частици, потенциални съставни елементи на тъмната материя. Едно от местата, където биха могли да бъдат открити, е в излъчването на черни дупки, преминаващо през магнитните полета на галактически купове.

В търсене на аксиони

Физици от Копенхагенския университет смятат, че са открили ключ към доказването на съществуването на тъмната материя.

Става дума за аксионите – частици, които никой досега не е виждал, но за които вече са изчислени определени характеристики.

Аксионите, както и други потенциални кандидати за частици на тъмната материя, са обект на търсене от десетилетия.

Това не е изненадващо, тъй като тъмната материя остава загадъчна тема, въпреки че съставлява по-голямата част от масата на Вселената.

Един от възможните източници на аксиони са свръхмасивните черни дупки в далечни галактики, които поглъщат обикновена материя и генерират електромагнитно лъчение.

Смята се, че аксионите се крият някъде в това лъчение.

Обикновено те не взаимодействат с останалата материя и затова са невидими.

В мощните и обширни магнитни полета около галактическите купове обаче, те биха могли да се проявят.

Изследване на лъчението от далечни галактики

Вместо да използват ускорител на частици на Земята, като този в CERN, учените са се обърнали към Космоса, използвайки го като гигантски ускорител на частици.

Те са търсили електромагнитно лъчение, идващо от ядрата на далечни и много ярки галактики, всяка от които има свръхмасивна черна дупка в центъра си.

След това са наблюдавали това лъчение, докато преминава през огромните магнитни полета в галактическите купове, където част от него хипотетично би могла да се превърне в аксиони.

Това преобразуване би оставило след себе си миниатюрни, случайни колебания в данните.

Всеки сигнал е толкова слаб, че сам по себе си се губи в шума на Вселената.

Затова изследователите са приложили нова концепция.

Те са наблюдавали общо 32 свръхмасивни черни дупки, разположени зад галактически купове, и са комбинирали данните от наблюденията си.

Случаен шум или следа от нова частица?

Анализирайки данните, учените са били изненадани да открият модел, наподобяващ подписа на неуловимия аксион.

„Обикновено сигналът от такива частици е непредсказуем и прилича на случаен шум. Но осъзнахме, че комбинирайки данните от много различни източници, превръщаме целия този шум в ясен, разпознаваем модел“, обяснява Олег Ручайски, доцент в Института „Нилс Бор“ към Копенхагенския университет.

„Това се проявява като уникален стъпаловиден модел, показващ как би могло да изглежда това преобразуване. Виждаме го само като намек за сигнал в нашите данни, но е много интригуващо и вълнуващо. Може да го наречете космически шепот, който сега е достатъчно силен, за да бъде чут.“

По-близо до разгадаването на тъмната материя

Макар моделът, открит от учените, да не е доказателство за съществуването на аксиони, изследването на Ручайски и колегите му ни приближава до разбирането на тъмната материя.

„Този метод значително разшири познанията ни за аксионите. Той ни позволи да картографираме обширна област, за която знаем, че не съдържа аксиони, стеснявайки пространството, в което можем да ги търсим“, казва Лидия Задорожна, постдокторант и стипендиант „Мари Кюри“ в Института Нилс Бор.

Въпреки че експериментът е фокусиран върху гама-лъчението, методът може да се приложи и към други видове лъчение, например рентгенови лъчи.

Това открива възможности за излизане извън рамките на предишни експерименти и проправя нов път за изучаване на тези неуловими частици, пише в статия Phys.org.