Найдены следы загадочной частицы, предсказанной десятилетия назад

Группа исследователей из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли пришла к выводу, что часть рентгеновского излучения, исходящего от группы нейтронных звезд, известных как Великолепная семерка порождена аксионами — давно предсказанными частицами, образующимися в плотных ядрах этих объектов. Если выводы подтвердятся, их открытие сможет прояснить ряд вопросов, касающихся устройства Вселенной, включая природу таинственной темной материи, которая удерживает галактики воедино.

Аксионы — гипотетические частицы со сверхмалой массой, впервые предсказанные в 1970-х годах в ходе поиска объяснений симметрии зарядовой четности в сильных взаимодействиях, обнаруживаемой экспериментально, в то время как теория не обосновывала ее необходимости.

Аксионы также предсказываются многими моделями теории струн  — предлагаемым решением противоречия между общей теорией относительности и квантовой механикой. Таким образом, ученых есть ряд действительно веских причин искать доказательства их существования.

Если аксионы существуют, то, как ожидается, они могут рождаться внутри звезд. И хотя звездные аксионы не то же самое, что аксионы темной материи, их существование подразумевает и существование других видов аксионов.

Один из способов поиска аксионов – регистрация избыточного излучения. Ожидается, что аксионы должны распадаться на пары фотонов в присутствии сильного магнитного поля. Поэтому, если в области, где возможен такой распад, будет обнаружено больше электромагнитного излучения, чем должно быть без учета аксонного вклада, это может указывать на наличие аксионов.

И астрономы обнаружили избыточное жесткое рентгеновское излучение наблюдая Великолепную семерку.

Нейтронные звезды — коллапсирующие ядра мертвых массивных звезд, погибших в результате взрыва сверхновой, входящие в Великолепную семерку, физически не расположены в группе, но имеют ряд общих черт. Все они — изолированные нейтронные звезды среднего возраста, примерно через несколько сотен тысяч лет после звездной смерти, испускающие мягкое рентгеновское излучение низкой энергии. Все они обладают сильными магнитными полями, в триллионы раз сильнее, чем у Земли, достаточно мощными, чтобы вызвать распад аксиона. И все они расположены относительно близко, в пределах 1500 световых лет от Земли.

Это делает их отличными объектами поиска аксионов, и когда исследователи изучили Великолепную семерку с помощью нескольких телескопов, они обнаружили в их спектре жесткое рентгеновское излучение, совершенно не характерное для нейтронных звезд этого типа.

Но в космосе существует множество процессов, которые могут стать источниками такого излучения, и команде пришлось тщательно изучить все варианты объяснений. К примеру, пульсары излучают жесткое рентгеновское излучение; но другие виды излучения пульсаров, такие, как радиоволны, в спектрах Великолепной семерки отсутствуют.

Другая возможность состоит в том, что на небольшом угловом расстоянии от нейтронных звезд могут находиться незафиксированные источники жесткого рентгеновского излучения. Но сопоставление данных из двух космических рентгеновских обсерваторий, XMM-Newton и Chandra, показало, что излучение исходит именно от нейтронных звезд.

Тем не менее, говорить об однозначном обнаружении аксиона пока рано. Избыток излучения может порождать какой-то ранее неизвестный астрофизический процесс. Кроме того, нельзя до конца исключать искажений при измерениях и дальнейшей обработке данных.

Следующим шагом будут попытка проверить реальность открытия. Если избыток излучения производится аксионами, то большая его часть должна испускаться с более высокими энергиями, чем XMM-Newton и Chandra способны обнаружить. Команда надеется использовать новый телескоп NASA NuSTAR для наблюдения за Великолепной семеркой в ​​более широком диапазоне длин волн.

Намагниченные белые карлики могут быть еще одним местом для поиска аксионного излучения. Как и «Великолепная семерка», эти объекты обладают сильными магнитными полями и не должны давать жесткого рентгеновского излучения.

Астрономы также обнаружили самую массивную из известных нейтронных звезд.

По материалам Science alert и Physical Review Letters

Астрономы второй раз в истории зафиксировали столкновение нейтронных звезд

NASA открыли звезду, мчащуюся с огромной скоростью