Descoperirea materiei întunecate ar putea fi făcută în doar 10 secunde. De ce spun cercetătorii acest lucru?
Doar 10 secunde ar fi suficiente pentru . La următoarea supernovă apropiată, orice telescop de raze gamma care privește în direcția corectă ar putea face mai mult decât să observe un spectacol de lumină, ar putea confirma rapid existența unuia dintre cei mai promițători candidați pentru materia întunecată. Astrofizicienii de la Universitatea California, Berkeley (SUA) prezic că în primele 10 secunde ale unei supernove, suficienți axioni (particule ipotetice) ar putea fi emiși pentru a demonstra existența lor într-o fracțiune de secundă.
Având în vedere că alte metode ar putea necesita ani pentru a aduna dovezi convingătoare, detectarea unei avalanșe de axioni într-o colapsare stelară apropiată ar fi echivalentă cu câștigarea „loteriei fizicii”.
Am putea fi la un pas de descoperirea materiei întunecate
O astfel de descoperire necesită ca un telescop de raze gamma să fie îndreptat exact în direcția exploziei la momentul potrivit. În prezent, această sarcină îi revine exclusiv Telescopului Spațial Fermi, care are totuși doar o șansă din zece să capteze evenimentul, notează Science Alert.
Pentru a îmbunătăți șansele, cercetătorii propun lansarea GALAXIS (GALactic AXion Instrument for Supernova), o flotă de sateliți de raze gamma capabili să monitorizeze 100% din cer în orice moment. Fie detectarea, fie absența axionilor în timpul unei supernove ar fi la fel de valoroasă, dar există o presiune legată de timp.
„Cred că toți cei implicați în această cercetare suntem stresați de posibilitatea unei supernove înainte să avem instrumentele potrivite. Ar fi păcat să se producă o supernovă mâine și să ratăm ocazia de a detecta axionii, o astfel de șansă s-ar putea să nu mai apară timp de încă 50 de ani”, afirmă Benjamin Safdi, profesor asociat de fizică la UC Berkeley.
Ce sunt axionii?
Axionii au fost teoretizați pentru prima dată în anii 1970 ca o soluție la o problemă de fizică diferită de materia întunecată, denumită „strong CP problem”. Aceste particule ar avea o masă extrem de mică, nu ar avea sarcină electrică și ar fi extrem de abundente în Univers.
Ulterior, fizicienii au realizat că unele dintre proprietățile lor, cum ar fi tendința de a se aduna și interacțiunea lor preponderent gravitațională cu alte materii, îi fac candidați ideali pentru materia întunecată. Cel mai important, o proprietate prezisă îi face detectabili: în puternice, axionii ar trebui să se dezintegreze ocazional în fotoni, ceea ce înseamnă că detectarea unei cantități suplimentare de lumină în apropierea acestor câmpuri ar putea trăda prezența lor.
Acesta este principiul pe care se bazează experimentele de laborator și observațiile astronomice de zeci de ani, permițându-le cercetătorilor să restrângă intervalul de mase al axionilor.
Stelele neutronice sunt locuri promițătoare pentru căutarea axionilor. Fizica intensă din aceste stele ar trebui să producă cantități uriașe din aceste particule, iar câmpurile magnetice puternice ar putea transforma o parte dintre aceștia în fotoni detectabili.
Cum ne-ar ajutat o supernovă în descoperirea materiei întunecate?
Într-un studiu recent, echipa de la UC Berkeley a calculat că cel mai bun moment pentru a găsi axioni în jurul unei stele neutronice este chiar la nașterea acesteia, când o stea masivă explodează ca supernovă. Simulările sugerează că o explozie de axioni ar fi produsă în primele 10 secunde după colapsul stelei, iar radiația gamma rezultată ar putea dezvălui detalii importante.
Echipa a estimat că un tip special de axion, numit axion QCD (quantum chromodynamics), ar putea fi detectabil prin această metodă dacă are o masă mai mare de 50 micro-electronvolți, adică doar o miliardime din masa unui electron.
Dacă axionii există, ar putea deveni unele dintre cele mai utile particule descoperite vreodată. Într-o singură lovitură, ar putea oferi răspunsuri despre materia întunecată, despre „strong CP problem”, teoria corzilor și dezechilibrul materie/antimaterie. Ipoteza este pregătită pentru testare, tot ce rămâne este să așteptăm următoarea supernovă apropiată. Aceasta s-ar putea întâmpla astăzi sau peste un deceniu, iar dacă Telescopul Fermi privește în direcția corectă, am putea răspunde la unele dintre cele mai profunde întrebări ale științei în câteva secunde.
„Cel mai bun scenariu pentru axioni este ca Fermi . Șansa este mică. Dar dacă Fermi o detectează, am putea măsura masa axionilor, interacțiunea lor și am putea afla tot ce trebuie să știm despre ei, având o încredere extraordinară în semnal, pentru că nicio materie obișnuită nu ar putea produce un astfel de eveniment”, spune Safdi.
Această cercetare a fost publicată în Physical Review Letters.