Этот Галактический Кластер, только что нанес серьезный удар по теории струн

В самом сердце галактического скопления, расположенного на расстоянии 200 миллионов световых лет, астрономам не удалось обнаружить гипотетические частицы, называемые аксионами.

Это накладывает новые ограничения на то, как мы считаем, эти частицы работают, но это также имеет довольно серьезные последствия для теории струн и развития Теории Всего, которая описывает, как работает физическая Вселенная.

Когда дело доходит до понимания того, как работает Вселенная, ученые разработали довольно неплохие теории. Одна из них является общая теория относительности, описывающая, как физика работает на макроуровне. Другая — квантовая механика, которая описывает, как вещи ведут себя на атомном и субатомном уровне.

Большая проблема состоит в том, что две теории не ладят. Общая теория относительности не может быть уменьшена до квантового уровня, а квантовая механика не может быть расширена. Было много попыток заставить их подружиться, развивая так называемою Теорию Всего.

Одним из наиболее многообещающих кандидатов для разрешения различий между общей теорией относительности и квантовой механикой является так называемая теория струн, которая включает в себя замену точечных частиц в физике элементарных частиц на крошечные, вибрирующие одномерные струны.

Кроме того, многие модели теории струн предсказывают существование аксионов — частицы сверхнизкой массы, впервые выдвинутые гипотезой в 1970-х годах для решения вопроса о том, почему сильные атомные силы следуют так называемой симметрии четности заряда, когда большинство моделей говорят, что они этого не делают. Как оказалось, теория струн также предсказывает большее количество частиц, которые ведут себя как аксионы, называемые аксионоподобными частицами.

Одним из свойств аксионоподобных частиц является то, что они могут превращаться в фотон, когда они проходят через магнитное поле; и, наоборот, фотоны могут превращаться в аксионоподобные частицы, когда они проходят через магнитное поле. Вероятность этого зависит от ряда факторов, включая напряженность магнитного поля, пройденное расстояние и массу частицы.

Ученые использовали рентгеновскую обсерваторию Чандра для изучения активного ядра галактики NGC 1275, которая находится на расстоянии около 237 миллионов световых лет, в центре скопления галактик, называемых кластер Персея.

Их наблюдения за восемь дней закончились тем, что они почти ничего не узнали о черной дыре. Но затем они поняли, что данные могут быть использованы для поиска аксионоподобных частиц.

«Рентгеновский свет от NGC1275 должен проходить через горячий газ кластера Персей, и этот газ намагничен», — пояснил Рейнольдс.

«Магнитное поле относительно слабое (в 10 000 раз слабее, чем магнитное поле на поверхности Земли), но фотоны должны преодолевать огромное расстояние через это магнитное поле. Это означает, что существует широкая возможность для преобразования этих фотоны в аксионоподобные частицы (при условии, что аксионоподобные частицы имеют достаточно малую массу)».

Поскольку вероятность преобразования зависит от длины волны фотонов, наблюдения должны выявить искажение, так как некоторые длины волн преобразуются более эффективно, чем другие.

Исследователям потребовалось около года кропотливой работы, но в итоге такого искажения обнаружено не было.

Это означает, что ученые могут исключить существование аксионов в диапазоне масс, к которому их наблюдения были чувствительны — вплоть до одной миллиардной массы электрона.

«Наше исследование не исключает существования этих частиц, но определенно не помогает теории струн», — сказала астроном Хелен Рассел из Университета Ноттингема в Великобритании.

Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.

Источники: Фото: NASA/CXC/SAO/E.Bulbul, et al.