Аксіони — це гіпотетичні частинки, які можуть бути складовою темної матерії. Одне з місць, де їх можна було б знайти, — випромінювання від чорних дір, що проходить крізь магнітні поля скупчень галактик.
Пошук аксіонів
Фізики з копенгагенського університету кажуть, що вони, можливо, знайшли ключ до доведення існування темної матерії. Йдеться про аксіони — частинки, які ніхто ніколи не бачив, але для яких уже розраховані певні характеристики.
Аксіони, як і інші можливі кандидати на роль частинок темної матерії, шукають уже не одне десятиліття. Та й не дивно: темна матерія залишається загадковою, попри те що становить більшу частину маси Всесвіту.
Одним із можливих джерел аксіонів вважають надмасивні чорні діри у віддалених галактиках, які поглинають звичайну матерію і завдяки цьому породжують електромагнітне випромінювання. Десь у ньому ховаються аксіони.
Зазвичай вони ніяк не взаємодіють із рештою речовини, тому їх не видно. Однак у потужних і протяжних магнітних полях, що оточують скупчення галактик, вони можуть себе видати.
Дослідження випромінювання далеких галактик
Замість того, щоб використовувати прискорювач частинок на Землі, як той, що в CERN, дослідники звернулися до космосу та використали його як свого роду гігантський прискорювач частинок. Зокрема, вони шукали електромагнітне випромінювання, що виходить з ядер далеких і дуже яскравих галактик, кожна з яких має у своєму центрі надмасивну чорну діру.
Вони потім спостерігали за цим випромінюванням, коли воно проходило через величезні магнітні поля, що є у скупченнях галактик, де частина з нього гіпотетично могла перетворитися на аксіони. Це перетворення залишало б за собою крихітні, випадкові коливання в даних. Але кожен сигнал настільки слабкий, що сам по собі він втрачається у фоновому шумі Всесвіту.
Отже, дослідники представили нову концепцію. Натомість вони спостерігали загалом 32 надмасивні чорні діри, розташовані позаду скупчень галактик, і потім об’єднали дані з їхніх спостережень.
Випадковий шум чи натяк на нову частинку?
Коли дослідники вивчали дані, вони були здивовані, виявивши патерн, що нагадує підпис невловимого аксіона. «Зазвичай сигнал від таких частинок непередбачуваний і скидається на випадковий шум. Але ми усвідомили, що, об’єднавши дані з багатьох різних джерел, ми перетворили весь цей шум на чіткий, впізнаваний патерн», — пояснює Олег Ручайський, доцент Інституту Нільса Бора при Копенгагенському університеті та старший автор статті в журналі Nature Astronomy з назвою «Обмеження на частинки, подібні до аксіонів, з активних галактичних ядер, які спостерігаються через галактичні скупчення».
Він додає: «Це проявляється як унікальний сходинковий візерунок, який демонструє, який вигляд може мати ця конверсія. Ми бачимо це лише як натяк на сигнал у наших даних, але це все ще дуже цікаво та захопливо. Ви можете назвати це космічним шепотом, який тепер досить голосний, щоб його почути».
Ближче до відкриття темної матерії
Хоча шаблон, виявлений науковцями, не є визначним доказом існування аксіонів, дослідження Ручайського та його колег наближає нас до розуміння того, що таке темна матерія.
«Цей метод значно розширив наші знання про аксіони. Він фактично дозволив скласти карту великої території, про яку ми знаємо, що вона не містить аксіон, що звужує простір, в якому його можна знайти», — каже постдоктор Лідія Задорожна, стипендіатка Марі Кюрі в Інституті Нільса Бора, яка є однією з провідних авторок нової статті.
Хоча експеримент зосереджувався на гамма-випромінюванні, метод можна застосувати й до інших типів, зокрема рентгенівських променів. Це відкриває можливість виходити за межі попередніх експериментів і прокладає новий шлях до вивчення цих невловимих частинок.
За матеріалами phys.org
