Астропсихологи из Калифорнийского университета в Беркли предполагают, что неуловимая частица темной материи, аксион, может быть обнаружена в течение секунд после взрыва близкой сверхновой. Это открытие зависит от обнаружения гамма-лучей, производимых в первые моменты после коллапса ядра массивной звезды.
Аксион, легкая частица, теоретически представляющая собой значительную часть темной материи во Вселенной, ожидается в больших количествах сразу после сверхновой. Чтобы обнаружение произошло, гамма-лучевой космический телескоп Ферми должен быть направлен на сверхновую в момент взрыва, что имеет вероятность около 10%.
Если гамма-лучи будут обнаружены, исследователи смогут определить массу аксиона по широкому спектру теоретических значений, включая значения, которые в настоящее время проверяются в лабораторных экспериментах. Напротив, отсутствие обнаружения исключит многие потенциальные массы аксиона, что значительно повлияет на текущие исследования темной материи.
Последняя близкая сверхновая, 1987A, произошла в Большом Магеллановом Облаке. В то время телескоп Solar Maximum Mission не был достаточно чувствителен, чтобы обнаружить ожидаемую интенсивность гамма-лучей, оставив пробел в данных.
Бенджамин Сафди, доцент Калифорнийского университета в Беркли, выразил обеспокоенность тем, что следующая сверхновая может произойти до того, как будут установлены соответствующие инструменты для обнаружения. В настоящее время исследователи обсуждают возможность запуска констелляции спутников гамма-лучей полного неба, названной GALAXIS, чтобы обеспечить непрерывное наблюдение за небом на предмет гамма-всплесков.
Аксион является сильным кандидатом на роль темной материи, вписывающимся в стандартную модель физики частиц и потенциально объединяющим гравитацию с квантовой механикой. Аксион QCD, названный в честь квантовой хромодинамики, слабо взаимодействует с материей и теоретически должен превращаться в фотоны в сильных магнитных полях.
Текущие эксперименты, включая те, что проводятся консорциумом ALPHA, направлены на обнаружение аксионов с помощью лабораторных установок. Однако команда из Беркли предполагает, что нейтронные звезды могут служить оптимальными средами для производства аксионов, особенно во время сверхновых с коллапсом ядра. Их результаты показывают, что гамма-лучи, производимые вблизи нейтронных звезд, могут быть обнаружены, предоставляя информацию о свойствах аксиона.
В своем недавнем исследовании ученые установили пределы на массу аксионоподобных частиц, предсказывая, что обнаружение гамма-лучей может подтвердить массу аксиона QCD, если она превысит 50 микроэлектронвольт. Это позволит существующим экспериментам сосредоточиться на подтверждении характеристик аксиона.
Исследование подчеркивает важность своевременных возможностей обнаружения в поисках темной материи, поскольку следующая сверхновая может предоставить решающую возможность для углубления нашего понимания Вселенной.