Самый яркий космический взрыв может скрыть неуловимую частицу темной материи:
В октябре 2022 года ученые зафиксировали взрывную смерть звезды на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет от нас, которая была ярче любой из когда-либо зарегистрированных.
Когда ядро звезды коллапсировало в черную дыру, гамма-всплеск, испущенный звездой — событие под названием GRB 221009A — взорвался с энергией до 18 тераэлектронвольт. Гамма-всплески уже являются самыми яркими взрывами, которые может произвести наша Вселенная; но GRB 221009A был абсолютным рекордсменом, заслужив прозвище «ЛОДКА» — Самый яркий из всех времен.
Однако, по словам группы астрофизиков во главе с Джорджио Галанти из Национального института астрофизики ( INAF ) в Италии, с этой картиной что-то не так. Основываясь на передовых моделях Вселенной, мы не должны были бы видеть фотоны мощнее 10 тераэлектронвольт в данных Большой высотной обсерватории атмосферных ливней ( LHAASO ), которая сделала это обнаружение.
На расстоянии 2,4 миллиарда световых лет фотоны с энергией выше 10 тераэлектронвольт должны активно поглощаться при взаимодействии с другими очень мощными фотонами в слабом свете между галактиками, так называемом внегалактическом фоновом свете.
Ну и что теперь? Ну, вся эта неразбериха просто исчезнет, если в дело вступят аксионоподобные частицы — одни из главных кандидатов на таинственную темную материю , составляющую большую часть массы во Вселенной, как предсказывает теория струн.
Последний анализ был представлен на 58-й конференции Rencontres de Moriond в марте 2024 года и теперь доступен на сервере препринтов arXiv.
«Мы… показываем, что проблема решается, если ввести взаимодействие фотонов с аксионоподобными частицами (ALP)», — пишет группа в своей статье.
«ALP предсказываются теорией струн, являются одними из лучших кандидатов на роль темной материи и могут оказывать спектральное и поляризационное воздействие на астрофизические источники в присутствии внешних магнитных полей.
«В частности, для GRB 221009A колебания частиц, подобные фотонам и аксионам, происходят в скрещенных намагниченных средах, т. е. в галактике-хозяине, внегалактическом пространстве, Млечном Пути, частично снижая поглощение внегалактического фонового света до уровня, который объясняет обнаружение LHAASO GRB 221009A и его наблюдаемый спектр».
Темная материя — один из самых больших вопросов, которые у нас есть о Вселенной. Если учесть всю обычную материю — звезды, газ, черные дыры, галактики, камни, пыль, все, что мы можем обнаружить напрямую, — то останется слишком много гравитации. Что бы ни создавало эту гравитацию, ее гораздо больше, чем обычной материи. Примерно 85 процентов массы Вселенной составляет темная материя.
Мы не знаем, что такое темная материя, но есть много возможных кандидатов. Аксионы — главный претендент. Считается, что эти гипотетические частицы ведут себя немного как нейтрино , в том смысле, что они не взаимодействуют с обычной материей, что затрудняет их обнаружение. Однако также предсказывают, что они ведут себя как темная материя, поэтому астрофизики стремятся найти доказательства их существования.
Галанти и его коллеги ранее обнаружили доказательства наличия частиц, подобных аксионам, в свете далеких блазаров — чрезвычайно активных галактик, которые сверкают светом. Но самый яркий взрыв гамма-излучения, когда-либо наблюдавшийся, представлял собой новую лабораторию для поиска аксионов.
Согласно недавней модели внегалактического фонового света, высокоэнергетические гамма-фотоны, проходящие большие расстояния, должны взаимодействовать с фоновым светом настолько сильно, что он не сможет достичь нас. Согласно расчетам исследователей, взаимодействие между фотонами и аксионами должно сделать межгалактическое пространство более прозрачным для высокоэнергетического света.
Таким образом, тот факт, что LHAASO обнаружил фотоны с энергией до 18 тераэлектронвольт, может представлять собой первое косвенное обнаружение аксионов, говорят исследователи.
Вывод потребует гораздо больше работы, прежде чем он будет подтвержден, особенно с учетом того, что некоторые другие поиски не дали никаких результатов. Но у нас есть и другие места для поиска; в частности, нейтронные звезды могут выбрасывать аксионы с бешеной скоростью.
Мы еще справимся.
Исследование группы доступно на arXiv.
Прочитайте что такое взгляд в будущее
Читайте ещё статьи из Рубрики: инновации-технологии-наука