Согласно существующей теории, количество темной материи во Вселенной превосходит количество обычной материи приблизительно в пять раз, но, несмотря на такое изобилие, эта таинственная субстанция так и продолжает оставаться неуловимой, несмотря на большое количество попыток ее поисков. Тем не менее, у ученых еще осталось несколько "лазеек", используя которые можно будет убедиться в существовании темной материи, если знать, что, где, как и когда искать. И одной из таких "лазеек" являются нейтронные звезды, в свете от которых могут скрываться сигналы от частиц-кандидатов темной материи, называемых аксионами.
Напомним нашим читателям, что некоторые нестыковки теории и результатов практических наблюдений за большими космическими объектами, такими, как скопления галактик, буквально принудили ученых прийти к заключению, что Вселенная заполнена большим количеством массивных невидимых частиц. Темная материя, состоящая из этих частиц, не взаимодействует с обычной материей, она не испускает и не отражает свет, ее присутствие проявляется только в виде гравитационных эффектов, влияющих на движение звезд, галактик и скоплений галактик.
Поиски частиц темной материи ведутся достаточно давно, Но это достаточно сложная задача, усугубленная тем, что людям еще практически ничего неизвестно о природе "невидимого" вещества. Единственное, что имеется в распоряжении ученых - это ряд теорий и предположений, что темная материя может состоять из большого количества гипотетических частиц различных типов - сверхтяжелых гравитино, стерильных нейтрино, темных фотонов или массивных WIMP-частиц.
Одним из самых многообещающих кандидатов на звание частиц темной материи являются аксионы. Если эти гипотетические частицы существуют, они являются очень и очень легкими, имеют нейтральный электрический заряд и распространяются по просторам Вселенной в виде волн. Но что делает аксионы самыми интересными - это то, что в отличие от других кандидатов, аксионы изредка должны взаимодействовать с обычной материей не только при помощи гравитации, но и другой фундаментальной силы - электромагнетизма.
В экспериментах по обнаружению аксионов, проведенных ранее, использовались электрические и магнитные поля различной силы и конфигурации, плюс некоторые экзотические методы, такие, как анализ движения и вращения специально наэлектризованных нейтронов. Но в новом исследовании, направленном на поиски аксионы, ученые вышли из рамок лабораторий и устремили свой взгляд на звезды.
Одной особенностью аксионов, согласно теории, является то, что при столкновении с сильными магнитными полями эти частицы должны превращаться в фотоны света, частицы, которые достаточно легко детектируются и параметры которых также легко поддаются измерениям. А самые сильные магнитные поля во Вселенной, как нам известно, вырабатываются нейтронными звездами, при этом, сильнейшая гравитация нейтронных звезд должна притягивать к этим звездам достаточно большое количество аксионов. И исследователи предположили, что нейтронные звезды являются идеальной "естественной лабораторией" для поиска случаев превращения аксионов в фотоны.
Превращение аксиона в фотон должно производить всплеск электромагнитного излучения в очень узкой полосе, а частота этого всплеска зависит от массы аксиона. Ученые произвели поиск и анализ данных, собранных ранее двумя радиотелескопами, Robert C. Byrd Green Bank Telescope в США и Effelsberg 100-m Telescope в Германии, которые в свое время вели наблюдения за двумя самыми близкими к нам нейтронными звездами.
Исследователи уделили особое внимание радиоволнам на частотах около 1 ГГц, в диапазоне которых, как ожидается, должны находиться всплески, порождаемые аксионами с массой от 5 до 11 микроэлектронвольт. К сожалению, ученым не удалось обнаружить никаких сигналов, характерных для процесса превращения аксионов в фотоны.
Как говорится, отрицательные результаты в науке - это далеко не провал. Эти результаты позволят исключить аксионы с указанной выше массой из списка дальнейших поисков, что, во-первых, сузит диапазон будущих поисков, а во-вторых, позволит ученым сконцентрировать внимание на других частицах-кандидатах. И все это когда-нибудь должно привести нас к обнаружению ответов сразу на несколько вопросов из области фундаментальной физики.
