Пульсары могут заставить светиться темную материю

Темная материя — одна из самых загадочных компонент нашей Вселенной. Ученые предполагают, что она составляет около 85% всей материи во Вселенной, но пока не смогли ее обнаружить. Единственный способ заметить темную материю — это по гравитационному воздействию, которое она оказывает на другие астрономические объекты. Однако ученые хотят большего. Они хотят увидеть темную материю или, по крайней мере, прямо обнаружить ее присутствие, а не только выводить его из гравитационных эффектов. И, конечно, они хотят знать, из чего она состоит.


Одно ясно: темная материя не может быть такого же типа, как материя, из которой состоят вы и я. Если бы это было так, темная материя просто вела бы себя как обычная материя — она образовывала бы объекты, например звезды, светилась бы и перестала бы быть «темной». Сейчас ученые ищут новый тип частицы, который никто еще не обнаружил и, вероятно, слабо взаимодействует с известными типами частиц. Это также может объяснить, почему эта часть нашего мира до сих пор остается неуловимым.

Есть много подсказок, где искать. Одно из популярных предположений заключается в том, что темная материя может состоять из частиц, называемых аксионами. Этот гипотетический тип частицы был впервые предложен в 1970-х годах для решения проблемы, которая не имела ничего общего с темной материей. Оказалось, что разделение положительных и отрицательных зарядов внутри нейтрона, одного из строительных блоков обычных атомов, было неожиданно маленьким. Ученые, конечно же, хотели знать почему.

Выяснилось, что наличие ранее не обнаруженного типа частицы, очень слабо взаимодействующей с составляющими нейтрона, могло вызвать именно такой эффект. Позднее лауреат Нобелевской премии Фрэнк Уилчек придумал имя для новой частицы: аксион — не только похожее на другие названия частиц, такие как протон, нейтрон, электрон и фотон, но и вдохновленное стиральным порошком с таким же названием. Аксион был нужен для устранения проблемы. На самом деле, несмотря на то, что он никогда не был обнаружен, он может устранить две.

Вторая проблема — это темная материя. Оказывается, что аксионы могут быть хорошим кандидатом для объяснения ее природы. Аксионы могут быть очень легкими и образовывать огромные облака, заполняющие пространство. Если бы это было так, то аксионы могли бы составлять большую часть темной материи. Но как их обнаружить?

Один из способов — это использовать пульсары. Пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые излучают мощные лучи света из своих полюсов. Они похожи на космические маяки, которые регулярно мигают на небе. Пульсары могут взаимодействовать с аксионами, превращая их в фотоны — элементарные частицы света. Это означает, что пульсары могут заставить темную материю светиться.

Команда астрофизиков, возглавляемая исследователями из университетов Амстердама и Принстона, показала, что если темная материя состоит из аксионов, она может проявить себя в виде тонкого дополнительного свечения, исходящего от пульсирующих звезд. Они рассчитали, как такое свечение зависит от массы аксиона и от расстояния до пульсара. Они также учли возможное влияние магнитных полей и других факторов на процесс превращения аксионов в фотоны.

Ученые предложили способ измерить свечение с помощью существующих или планируемых телескопов, таких как НАСА «Ферми» или «Черенковский телескопный массив». Они утверждают, что если аксионы действительно являются темной материей, то такое свечение должно быть достаточно сильным для обнаружения. Это может стать первым прямым доказательством существования темной материи и ее природы.

Это может стать одним из важнейших за последнее время достижением для физики и астрономии, которое может открыть новые горизонты для понимания нашей Вселенной. Аксионы могут не только устранить две проблемы, но и создать новые возможности для исследования космоса.