Мы можем быть всего в 10 секундах от открытия темной материи

Тайна темной материи может быть раскрыта всего за 10 секунд.

Когда вспыхнет следующая сверхновая, любой гамма-телескоп, направленный в правильном направлении, может рассматриваться как нечто большее, чем просто световое шоу – оно могло бы быстро подтвердить существование одного из наиболее многообещающих кандидатов в темную материю.

Астрофизики в Калифорнийский университет в Беркли прогнозирует что в течение первых 10 секунд вспышки сверхновой может быть испущено достаточное количество гипотетических частиц, называемых аксионами, чтобы доказать их существование в относительном мгновение.

Учитывая, что на то, чтобы получить убедительное число другими способами, могут уйти годы, поймать непредвиденный аксион в результате коллапса близкой звезды было бы все равно, что выиграть в физическую лотерею.

Конечно, для такого обнаружения необходимо, чтобы у нас был гамма-телескоп, который смотрел бы в непосредственной близости от такого взрыва в нужное время. В настоящее время эта работа ложится исключительно на космический телескоп Ферми, у которого по-прежнему есть только 1 из 10 шансов поймать это шоу.

>

Итак, исследователи предлагают запустить GALactic AXion Instrument for Supernova (GALAXIS) — парк гамма-спутников, которые могут постоянно наблюдать за 100 процентами неба. Обнаружение или отсутствие аксионов во время вспышки сверхновой могло бы быть одинаково ценным результатом, но есть нехватка времени.

«Я думаю, что все мы, участвовавшие в этой статье, обеспокоены тем, что следующая сверхновая появится раньше, чем у нас будет подходящее оборудование», — говорит Бенджамин Сафди, доцент кафедры физики Калифорнийского университета в Беркли.

«Было бы очень жаль, если бы завтра взорвалась сверхновая, и мы упустили бы возможность обнаружить аксион – она может не вернуться еще 50 лет. «

Аксионы впервые были выдвинуты в 1970-х годах как потенциальное решение физической загадки, не связанной с темной материей, — сильной CP-проблемы. По прогнозам, эти частицы будут иметь очень небольшую массу, не будут иметь электрического заряда и будут чрезвычайно распространены во Вселенной.

Только позже другие физики осознали, что некоторые из их свойств – например, то, как они слипаются и в основном взаимодействуют с другой материей посредством гравитации – сделали их хорошими кандидатами на роль темной материи. Самое главное, одно предсказанное свойство может сделать их обнаруживаемыми.

В сильных магнитных полях аксионы должны иногда распадаться на фотоны, поэтому обнаружение дополнительного света вблизи этих полей может их выдать. Это было основой лабораторных экспериментов и астрономических наблюдений на протяжении десятилетий, что позволило ученым свести к минимуму диапазон масс, которые могут иметь аксионы.

Нейтронные звезды — одно из самых перспективных мест для их поиска. Их интенсивная физика должна производить огромное количество аксионов, и, что еще лучше, сильные магнитные поля должны превращать некоторые из них в обнаруживаемые фотоны.

В новой статье команда Калифорнийского университета в Беркли подсчитала, что лучшее время для поиска аксионов вокруг нейтронной звезды на самом деле может быть в момент ее рождения – когда массивная звезда взрывается как сверхновая. Новое моделирование предполагает, что всплеск аксионов будет произведен в течение первых 10 секунд после коллапса звезды, и полученный в результате гамма-всплеск может раскрыть множество деталей.

Команда подсчитала, что определенный тип аксиона, называемый аксионом квантовой хромодинамики (КХД), можно будет обнаружить с помощью этого метода, если его масса превышает 50 микроэлектронвольт, что составляет всего одну 10-миллиардную массу электрона.

Если аксионы окажутся существующими, они могут оказаться одними из самых удобных маленьких частиц, когда-либо найденных. Одним махом они могли бы помочь нам раскрыть темную материю, проблему сильной CP, теорию струн и дисбаланс материи и антиматерии.

Гипотеза готова к проверке – теперь нам остается только дождаться следующей ближайшей сверхновой. Это может произойти сегодня или через десять лет, и если Ферми наблюдает за правильным участком неба, мы сможем ответить на некоторые из самых глубоких вопросов науки за считанные секунды.

«Наилучший сценарий для аксионов — Ферми поймает сверхновую», — говорит Сафди.

«Шанс на это невелик. Но если бы Ферми это увидел, мы смогли бы измерить его массу. Мы смогли бы измерить силу его взаимодействия. Мы смогли бы определим все, что нам нужно знать об аксионе, и мы будем невероятно уверены в сигнале, потому что не существует обычной материи, которая могла бы создать такое событие».

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters. .