В Копенгагенском университете физики применили магнитные поля гигантских скоплений галактик для изучения удалённых чёрных дыр, стремясь обнаружить неуловимую частицу, которая на протяжении десятилетий оставалась загадкой для науки. Речь идёт о крайностях, которые трудно представить. Скопления галактик, самые крупные структуры во Вселенной, превосходят массу Солнца в квадриллионы раз. А аксионы, гипотетические частицы, намного легче даже самого лёгкого атома.
Аксион – теоретическая элементарная частица, потенциально являющаяся ключом к разгадке тёмной материи, загадочной субстанции, составляющей около 80% массы Вселенной. Несмотря на то, что существование аксионов пока не доказано, благодаря новому методу, использующему далёкие галактики, физики, возможно, приблизились к открытию.
Отказавшись от земных ускорителей частиц, таких как ЦЕРН, учёные обратились к космосу, превратив его в гигантский естественный ускоритель. Они анализировали электромагнитное излучение из ядер ярких галактик, содержащих сверхмассивные чёрные дыры, наблюдая за его прохождением через магнитные поля скоплений галактик, где часть излучения могла преобразовываться в аксионы.
Хотя каждый отдельный сигнал был крайне слабым, объединение данных от 32 чёрных дыр позволило выявить неожиданную ступенчатую структуру, напоминающую след аксионов.
«Обычно сигнал от таких частиц непредсказуем и выглядит как случайный шум. Однако мы обнаружили, что, объединив данные из множества источников, преобразовали этот шум в чёткий, узнаваемый паттерн», – поясняет Олег Рухайский, доцент Института Нильса Бора и соавтор исследования.
Несмотря на то, что обнаруженный паттерн не является окончательным доказательством существования аксионов, он значительно сужает область поиска.
«Этот метод открыл новые возможности для изучения аксионов. Теперь мы можем исключить обширные диапазоны параметров, где их точно нет», – говорит Лидия Задорожная, ведущий автор работы.
Метод применим не только к гамма-излучению, но и к другим видам, например, рентгеновским лучам, что делает его универсальным инструментом в поиске тёмной материи. Это исследование – важный шаг к пониманию одной из величайших тайн Вселенной. Обнаружение аксионов, если они существуют, может коренным образом изменить современную физику.
Изображение: галактики с чёрными дырами излучают энергию и свет, включая гамма-лучи (γ) (левая панель). Если аксионы существуют, часть γ-лучей, гипотетически, могла бы превратиться в аксионы (a), проходя через магнитные поля, окружающие скопления галактик. Но поскольку эти магнитные поля очень сложны, невозможно предсказать такое превращение в аксионы в рамках одного наблюдения, что приводит к запутанным данным (центральная панель). Однако, объединяя данные по многим таким парам галактик, мы получаем ступенчатую сигнатуру (правая панель). Иллюстрация: Лидия Задорожная. Источник: phys.org
