‘Aksionske zvijezde’ mogu otkriti tajnu tamne tvari

Novo istraživanje ukazuje na to da eksplozivne ‘aksionske zvijezde’ mogu otkriti gdje se nalazi i što čini tamnu tvar.

---

Mogućnost da smo korak bliže razotkrivanju zagonetke tamne tvari pojavila se zahvaljujući novim znanstvenim spoznajama fizičara sa King’s College-a u Londonu.

OK, što je aksion?

Aksioni, hipotetičke čestice niske mase koje su prvi puta predstavljene 1977. godine, predloženi su kao potencijalni kandidati za objašnjenje tamne tvari zbog topline koju oslobađaju. Međutim, širok raspon mogućih veličina i masa ovih čestica otežavao je njihovu jednoznačnu identifikaciju do sada. U nizu (ovdje i ovdje) studija objavljenih u časopisu Physical Review D, istraživački tim predvođen Liinom Chung-Jukko, u suradnji s profesorima Malcolmom Fairbairnom, Eugeneom Limom i dr. Davidom Marshem, izložio je inovativnu metodu za detekciju ‘čudesnih čestica’ poznatih kao aksioni. Ova metoda ne samo da pruža novi uvid u potragu za tamnom tvari već nudi i mogućnost razumijevanja tamne energije, dva najzagonetnija fenomena u suvremenoj fizici.

Profesor Malcolm Fairbairn pojasnio je: “Aksioni su jedan od glavnih kandidata za tamnu tvar. Otkrili smo da mogu zagrijati svemir slično supernovama i običnim zvijezdama nakon što se okupe u guste skupine. S tim znanjem, sada znatno sigurnije možemo odrediti gdje usmjeriti naše instrumente prilikom terenskih istraživanja kako bismo ih pronašli.”

Teorija opće relativnosti

Prema teoriji opće relativnosti Alberta Einsteina, oko 85% materije u svemiru čini tamna tvar– nepoznata forma materije koju do sada nismo bili u mogućnosti ni opaziti ni direktno istražiti. Gravitacijski efekti, koje promatramo u fenomenima poput formiranja galaksija, ne bi imali smisla unutar Einsteinovog modela bez postojanja velike količine materije koja je nevidljiva i neinteragira s svjetlošću ili elektromagnetskim poljima. Aksioni su potencijalni kandidat za ovu hipotetičku formu materije. Da bi objasnili nedostatak mase u galaksijama, ove čestice niske mase moraju postojati u izuzetno velikom broju i biti gusto pakirane u specifičnim područjima, što ih čini podložnima zakonima kvantne mehanike.

Tajnoviti aksioni

To znači da bi pojedinačni aksioni počeli djelovati sinkronizirano, formirajući velike skupine tamne tvari u centrima galaksija, poznate kao “aksionske zvijezde”. Ove aksionske zvijezde mogu postati nestabilne kad premaše određeni prag mase, eksplodirajući u elektromagnetsko zračenje i fotone – čestice svjetlosti, kako je detaljnije objasnila Liina Chung-Jukko. Znanstvenici sugeriraju da bi ove eksplozije mogle zagrijavati međugalaktički plin između galaksija u periodu između velikog praska i formiranja prvih zvijezda, 50 do 500 milijuna godina nakon početka svemira.

Takve promjene bi utjecale na izgled kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja (CMB) – elektromagnetskog zračenja koje ispunjava svemir – tijekom tog razdoblja, što znanstvenici danas mogu promatrati pomoću radio valova kroz tehniku zvanu mjerenje na 21 cm. Praćenjem signala eksplozija aksionskih zvijezda u ranoj ili sadašnjoj fazi svemira na ovaj način, znanstvenici bi mogli iskoristiti ove tehnike za otkrivanje do sada neopaženog aksiona i otkriti izvor neke, ako ne i sve tamne tvari.

Aksionske zvijezde

Malcolm Fairbairn izjavio je: “Koherentne aksionske zvijezde, čak i one koje su relativno kompaktne, imaju potencijal eksplodirati u auroru elektromagnetizma i svjetlosti. Razumijevanje struktura koje tamna tvar aksiona može formirati i njezin utjecaj na okolni međugalaktički plin otvara nove mogućnosti za njezino otkrivanje.

“Otkrivanje aksiona vjerojatno bi nam omogućilo rješavanje jednog od najvećih znanstvenih pitanja, stoljećima starog, i pružilo uvid u ranu povijest svemira.”

Izračunavajući ukupan broj aksionskih zvijezda u svemiru, te time i njihov latentni eksplozivni potencijal na međugalaktički plin, tim je također procijenio intenzitet signala koje bi aksionske zvijezde emitirale u CMB-u. To bi omogućilo mjerenjima na 21 cm da precizno razlikuju izvore signala koji potječu od aksiona, čime bi se olakšala potraga.

Rad s King’s Collegea pridružuje se sve većem interesu znanstvene zajednice za aksion kao glavnog kandidata za tamnu tvar, kako je naglasio David Marsh: “Mjerenje na 21 cm smatra se budućnošću kozmologije, a uloga koju ima u potrazi za aksionom veliki je razlog za to. Trenutačno je u tijeku velik broj projekata za pretragu aksiona, uključujući inicijative poput Dark Matter Radio.”