Misterul materiei întunecate ar putea fi rezolvat în doar 10 secunde.
Când următoarea supernova din apropiere se stinge, orice telescop cu raze gamma care îndreaptă în direcția corectă ar putea fi tratat cu mai mult decât un spectacol de lumină – ar putea confirma rapid existența unuia dintre cei mai promițători candidați ai materiei întunecate.
Astrofizicienii de la Universitatea din California, Berkeley prezic că, în primele 10 secunde ale unei supernove, ar putea fi emise suficiente particule ipotetice numite axioni pentru a demonstra că există într-o clipită relativă.
Având în vedere anii pe care i-ar putea lua la voia întâmplării un număr convingător prin alte mijloace, a prinde un axion nemaipomenit într-un colaps al unei stele din apropiere ar fi ca și cum ai câștiga la loteria fizicii.
Desigur, această detectare necesită un telescop cu raze gamma care să caute în apropierea unei astfel de explozii la momentul potrivit. În prezent, această sarcină revine exclusiv Telescopului Spațial Fermi, care are încă doar 1 din 10 șanse de a surprinde spectacolul.
Așadar, cercetătorii propun lansarea GALactic AXion Instrument for Supernova (GALAXIS) – o flotă de sateliți cu raze gamma care poate urmări 100% din cer în orice moment. Detectarea sau absența axionilor în timpul unei supernove ar putea fi rezultate la fel de valoroase, dar există o criză de timp.
„Cred că toți cei din această lucrare suntem stresați că va exista o următoare supernovă înainte de a avea instrumentația potrivită”, spune Benjamin Safdi, profesor asociat de fizică la UC Berkeley.
„Ar fi o adevărată rușine dacă o supernovă ar fi declanșat mâine și am ratat o oportunitate de a detecta axionul – s-ar putea să nu se întoarcă în încă 50 de ani”.
Axions au fost emise pentru prima dată în anii 1970 ca o potenţială soluţie pentru a puzzle de fizică fără legătură cu materia întunecatăproblema CP puternică. Se prevede că aceste particule au o masă foarte mică, fără sarcină electrică și vor fi extrem de abundente în Univers.
Abia mai târziu, alți fizicieni și-au dat seama că unele dintre proprietățile lor – cum ar fi modul în care se adună împreună și, în principal, interacționează cu altă materie prin gravitație – i-a făcut un bun candidat pentru materia întunecată. Cel mai important, o proprietate prezisă le-ar putea face detectabile.
În câmpurile magnetice puternice, axionii ar trebui să se descompună ocazional în fotoni, astfel încât detectarea luminii suplimentare în apropierea acestor câmpuri le-ar putea elibera. Aceasta a stat la baza experimentelor de laborator și a observațiilor astronomice timp de decenii, permițând oamenilor de știință să reducă gama de mase pe care le-ar putea avea axionii.
Stelele neutronice sunt printre cele mai promițătoare locuri pentru a le căuta. Fizica lor intensă ar trebui să producă cantități uriașe de axioni și chiar mai bine, câmpurile magnetice puternice ar trebui să transforme unii dintre ei în fotoni detectabili.
În noua lucrare, echipa UC Berkeley calculează că cel mai bun moment pentru a găsi axioni în jurul unei stele neutronice ar putea fi de fapt la nașterea acesteia – atunci când o stea masivă explodează ca o supernovă. Noile simulări sugerează că o explozie de axioni ar fi produsă în primele 10 secunde după prăbușirea stelei, iar explozia de raze gamma rezultată ar putea dezvălui o mulțime de detalii.
Echipa a calculat că un anumit tip de axion, numit axion de cromodinamică cuantică (QCD), ar fi detectabil prin această metodă dacă are o masă mai mare de 50 de microelectronvolți, care este doar o 10 miliarde din masa unui electron.
Dacă axionii se dovedesc a exista, ar putea fi una dintre cele mai la îndemână particule mici găsite vreodată. Dintr-o lovitură, ne-ar putea ajuta să deblochăm materia întunecată, problema puternică CP, teoria corzilor și dezechilibrul materie/antimaterie.
Ipoteza este gata de testare – acum trebuie doar să așteptăm până la următoarea supernova din apropiere. S-ar putea întâmpla astăzi, sau peste un alt deceniu, iar dacă Fermi urmărește zona potrivită de cer, am putea răspunde la unele dintre cele mai profunde întrebări ale științei în câteva secunde.
„Cel mai bun scenariu pentru axioni este că Fermi prinde o supernovă”, spune Safdi.
„Șansa de a face asta este mică. Dar dacă Fermi ar vedea-o, am fi capabili să-i măsurăm masa. Am fi capabili să-i măsurăm puterea de interacțiune. Am putea determina tot ce trebuie să știm despre axion. , și am fi incredibil de încrezători în semnal, deoarece nu există o problemă obișnuită care ar putea crea un astfel de eveniment.”
Cercetarea a fost publicată în jurnal Scrisori de revizuire fizică.