Nova studija pokazuje da interakcije aksiona i plazme u okruženju magnetara mogu prigušiti očekivane radio-signale tamne tvari, što bi moglo otežati njihovo otkrivanje današnjim radioteleskopima.
Tamna tvar ostaje jedno od najvećih neriješenih pitanja moderne fizike. Ne emitira, ne reflektira niti apsorbira svjetlost, a ipak bi trebala činiti većinu mase svemira. Budući da je ne možemo promatrati klasičnim eksperimentalnim metodama, njezina priroda i sastav još uvijek su nepoznati.
Među vodećim kandidatima za čestice tamne tvari nalaze se aksioni, hipotetske čestice koje bi se u snažnim magnetskim poljima mogle pretvoriti u fotone. Takva pretvorba trebala bi generirati vrlo slabe radiosignale koje bi, barem u teoriji, bilo moguće otkriti naprednim radioteleskopima na Zemlji ili u svemiru. Posebno se zanimljivim u tom kontekstu smatraju magnetari, neutronske zvijezde s ekstremno jakim magnetskim poljima.
Tim istraživača s Politehničkog instituta u Lisabonu i partnerskih institucija pokazao je da bi dio signala mogao nestati već unutar magnetosfere magnetara. Razlog je interakcija aksiona s plazmonima, kvantima kolektivnih oscilacija elektrona u plazmi. Ti procesi uzrokuju gubitak dijela energije i prigušuju signal prije nego što napusti okruženje zvijezde.
Njihov rad, objavljen u časopisu Physical Review Letters, donosi važno upozorenje: očekivani radiosignali mogli bi biti znatno slabiji od ranijih procjena, pa bi osjetljivost postojećih radioteleskopa mogla biti nedostatna za detekciju aksiona.
“Počeli smo od jednostavnog pitanja što bi se dogodilo kada bi aksioni stupili u interakciju s plazmonima,” objašnjava glavni autor studije Hugo Terças, izvanredni profesor na Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. “Shvatili smo da magnetosfere magnetara nude idealne uvjete za takav proces.”
Slabiji signal od očekivanog
Prethodne teorije predviđale su koliki bi radiosignal trebao nastati kada aksioni prelaze u fotone. No detaljna analiza koju su proveli Terças i suradnici pokazala je da dio tog signala “iscijedi” u plazmu kroz plazmone, pa je intenzitet signala koji putuje prema Zemlji mnogo slabiji.
Za praktičnu potragu to znači da bi radioteleskopi morali biti znatno osjetljiviji od današnjih kako bi uhvatili eventualne tragove aksiona.
Autori naglašavaju da se isti mehanizam javlja i u drugim područjima fizike. Primjerice, u istraživanju nuklearne fuzije u tokamacima koristi se upravo pretvorba elektromagnetskih valova u plazmonske valove kako bi se plazma zagrijala.
“Ono što je najuzbudljivije jest univerzalnost ovog procesa,” kaže Terças. “Iako smo ga proučavali u ekstremnim uvjetima magnetara, riječ je o temeljnoj fizici koja povezuje različita područja znanosti.”
Sljedeći korak istraživača jest laboratorijski pristup potrazi za aksionima. Planiraju stvoriti sintetičku plazmu, materijal koji bi oponašao uvjete u magnetosferi magnetara, ali u kontroliranom okruženju.
“Takvo bi nam okruženje omogućilo da precizno upravljamo uvjetima i možda izravno potaknemo pojavu aksiona kroz mehanizam koji smo identificirali,” objašnjava Terças. “Umjesto da pasivno čekamo signale iz svemira, želimo aktivno stvoriti uvjete u kojima se aksioni mogu otkriti.”
Studija tako otkriva novu prepreku u potrazi za tamnom tvari, ali i nudi širi okvir za razumijevanje procesa prijenosa energije u različitim fizikalnim sustavima, od astrofizike i nuklearne fuzije do laboratorijskih eksperimenata.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
