Аксионы — это гипотетические частицы, которые могут быть составной частью темной материи. Одно из мест, где их можно было бы найти, — излучение от черных дыр, проходящее сквозь магнитные поля скоплений галактик.
Поиск аксионов
Физики из копенгагенского университета говорят, что они, возможно, нашли ключ к доказательству существования темной материи. Речь идет об аксионах — частицах, которые никто никогда не видел, но для которых уже рассчитаны определенные характеристики.
Аксионы, как и другие возможные кандидаты на роль частиц темной материи, пытаются обнаружить уже не одно десятилетие. И это неудивительно: темная материя остается загадочной, несмотря на то что составляет большую часть массы Вселенной.
Одним из возможных источников аксионов считают сверхмассивные черные дыры в отдаленных галактиках, которые поглощают обычную материю и благодаря этому порождают электромагнитное излучение. Где-то в нем прячутся аксионы.
Обычно они никак не взаимодействуют с остальным веществом, поэтому их не видно. Однако в мощных и протяженных магнитных полях, окружающих скопление галактик, они могут себя выдать.
Исследование излучения далеких галактик
Вместо того, чтобы использовать ускоритель частиц на Земле, как тот, что находится в CERN, исследователи обратились к космосу и использовали его как своего рода гигантский ускоритель частиц. В частности, они искали электромагнитное излучение, исходящее из ядер далеких и очень ярких галактик, каждая из которых имеет в своем центре сверхмассивную черную дыру.
Затем они наблюдали за этим излучением, когда оно проходило через огромные магнитные поля, которые есть в скоплениях галактик, где часть его гипотетически могла превратиться в аксионы. Это превращение оставляло бы за собой крошечные, случайные колебания в данных. Но каждый сигнал настолько слаб, что сам по себе он теряется в фоновом шуме Вселенной.
Поэтому исследователи представили новую концепцию. Вместо этого они наблюдали в общей сложности 32 сверхмассивные черные дыры, расположенные позади скоплений галактик, а затем объединили данные из своих наблюдений.
Случайный шум или намек на новую частицу?
Когда исследователи изучали данные, они были удивлены, обнаружив паттерн, напоминающий подпись неуловимого аксиона. «Обычно сигнал от таких частиц непредсказуем и выглядит как случайный шум. Но мы осознали, что, объединив данные из многих разных источников, мы превратили весь этот шум в четкий, узнаваемый паттерн», — объясняет Олег Ручайский, доцент Института Нильса Бора при Копенгагенском университете и старший автор статьи в журнале Nature Astronomy с названием «Ограничения на частицы, подобные аксионам, из активных галактических ядер, наблюдаемые через галактические скопления».
Он добавляет: «Это проявляется как уникальный ступенчатый узор, демонстрирующий, как может выглядеть эта конверсия. Мы видим это только как намек на сигнал в наших данных, но это все еще очень интригующее и увлекательно. Вы можете назвать это космическим шепотом, который теперь достаточно громок, чтобы его услышать.
Ближе к открытию темной материи
Хотя шаблон, обнаруженный учеными, не является доказательством существования аксионов, исследование Ручайского и его коллег приближает нас к пониманию того, что такое темная материя.
Этот метод значительно расширил наши знания об аксионах. Он фактически позволил составить карту обширной территории, о которой мы знаем, что она не содержит аксиона, сужающего пространство, в котором его можно найти», — говорит постдоктор Лидия Задорожная, стипендиат Мари Кюри в Институте Нильса Бора, которая является одним из ведущих авторов новой статьи.
Хотя эксперимент был сосредоточен на гамма-излучении, метод можно применить и к другим типам, в частности рентгеновским лучам. Это открывает возможность выходить за пределы предыдущих экспериментов и прокладывает новый путь к изучению этих неуловимых частиц.
По материалам phys.org
