Τα «άστρα Άξιον» που εξερράγησαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσαν να ρίξουν φως στη σκοτεινή ύλη

By | February 29, 2024

Η ανακάλυψη εξαιρετικά ασταθών και εκρηκτικών «αστέρων αξίων» θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να ρίξουν τελικά φως στην πιο μυστηριώδη ύλη στο σύμπαν: τη σκοτεινή ύλη.

Παρά το γεγονός ότι αντιπροσωπεύει περίπου το 85% της μάζας του Σύμπαντος, η σκοτεινή ύλη παραμένει ουσιαστικά αόρατη επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως. Αυτό σημαίνει επίσης ότι δεν μπορεί να αποτελείται από σωματίδια όπως ηλεκτρόνια και πρωτόνια που αποτελούν τα άτομα που ενώνονται για να σχηματίσουν αστέρια, πλανήτες, φεγγάρια και το σώμα μας.

Αυτό ώθησε τους επιστήμονες να αναζητήσουν τα άπιαστα σωματίδια που θα μπορούσαν πραγματικά να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη. Ένας από τους κύριους ύποπτους για τη σκοτεινή ύλη είναι τα λεγόμενα «αξόνια», σωματίδια μάζας φωτός που θεωρήθηκαν για πρώτη φορά το 1977. Νέα έρευνα προτείνει ότι τα αξιόνια θα μπορούσαν να βρεθούν εάν οι επιστήμονες αναζητήσουν περιοχές στις οποίες τα σωματίδια μπορεί να έχουν συσσωρευτεί. Πιθανώς, αυτά τα σμήνη θα μπορούσαν να έχουν δημιουργήσει αστέρια άξονα – με εκρηκτικά αποτελέσματα.

Σχετίζεται με: Η σκοτεινή ύλη ανιχνεύτηκε να κρέμεται στον κοσμικό ιστό για πρώτη φορά

“Τα Άξιον είναι κορυφαίος υποψήφιος για τη σκοτεινή ύλη. Βρήκαμε ότι έχουν την ικανότητα να θερμαίνουν το σύμπαν, όπως οι σουπερνόβα και τα συνηθισμένα αστέρια, αφού ενωθούν σε πυκνά σμήνη”, δήλωσε το μέλος της ομάδας και καθηγητής Μάλκολμ Φέρμπερν. από το King’s College του Λονδίνου . σε δήλωση. «Οπλισμένοι με αυτή τη γνώση, γνωρίζουμε με πολύ μεγαλύτερη βεβαιότητα πού να κατευθύνουμε τα όργανά μας στο πεδίο για να τα βρούμε».

Το μυστήριο της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να εκραγεί

Η σκοτεινή ύλη μπορεί να μην αλληλεπιδρά με τα φωτόνια του φωτός, τα σωματίδια που σχετίζονται με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, αλλά αλληλεπιδρά με μία από τις άλλες τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στο σύμπαν: τη βαρύτητα.

Στην πραγματικότητα, η σκοτεινή ύλη ανακαλύφθηκε όταν οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι ορισμένοι γαλαξίες περιστρέφονται τόσο γρήγορα που η βαρύτητα που σχετίζεται με όλη την ορατή μάζα μέσα τους δεν θα ήταν αρκετή για να τους κρατήσει ενωμένους. Έπρεπε να υπάρχει κάτι παραπάνω. Επιπλέον, εκτός από την ανακάλυψη ότι η σκοτεινή ύλη εμποδίζει τους γαλαξίες να πετάξουν χώρια, οι επιστήμονες πιστεύουν τώρα ότι οι περισσότεροι, αν όχι όλοι, μεγάλοι γαλαξίες περιβάλλονται από φωτοστέφανα σκοτεινής ύλης που εκτείνονται πολύ πέρα ​​από τους ορατούς τους δίσκους και φωτοστέφανα από αστέρια, αέρια και σκόνη. . .

Αυτό σημαίνει ότι εάν η σκοτεινή ύλη αποτελείται από αξιόνια, αυτά τα σωματίδια χαμηλής μάζας πρέπει να υπάρχουν σε μεγάλους αριθμούς για να εξηγήσουν τέτοιες παρατηρούμενες βαρυτικές επιδράσεις. Αυτό θα σήμαινε επίσης ότι υπάρχουν περιοχές στις οποίες τα axions είναι πυκνά γεμάτα. Σε αυτές τις περιοχές, τα άξιον θα άρχιζαν πιθανότατα να δρουν από κοινού ως αποτέλεσμα των νόμων της κβαντικής φυσικής. Αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει μεγάλες ομάδες αξόνων στις καρδιές των γαλαξιών να σχηματίσουν αστέρια αξόνων.

Ωστόσο, αυτά τα αστέρια axion δεν θα ήταν τόσο μακρόβια όσο τα φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης που περιβάλλουν τους γαλαξίες.

Μια απεικόνιση ενός φωτεινού λευκού γαλαξία που περιβάλλεται από ένα μπλε φωτοστέφανο.  Το διαστημικό φόντο καταλαμβάνει μεγάλο μέρος της εικόνας.

Μια απεικόνιση ενός φωτεινού λευκού γαλαξία που περιβάλλεται από ένα μπλε φωτοστέφανο. Το διαστημικό φόντο καταλαμβάνει μεγάλο μέρος της εικόνας.

Τα αστέρια Axion, αν υπήρχαν, θα γίνονταν ασταθή μόλις έφταναν σε μια ορισμένη μάζα. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα τα αστέρια να εκραγούν και να απελευθερώσουν εκρήξεις ακτινοβολίας.

Η ομάδα πιστεύει ότι αυτή η ακτινοβολία μπορεί να έχει θερμάνει το αέριο που υπήρχε μεταξύ των γαλαξιών κατά την περίοδο μεταξύ της δημιουργίας των πρώτων ατόμων στο Σύμπαν και του σχηματισμού των πρώτων άστρων, περίπου 50 εκατομμύρια έως 500 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Η σύνδεση των ηλεκτρονίων με τα πρωτόνια για τη δημιουργία των πρώτων ατόμων κατά τη διάρκεια μιας εποχής του σύμπαντος που ονομάζεται εποχή του ανασυνδυασμού σήμαινε επίσης ότι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια δεν σκέδαζαν πλέον τα φωτόνια επ’ αόριστον. Έτσι, το σύμπαν έγινε ξαφνικά διαφανές στο φως, και αυτό το «πρώτο φως» μπορεί τώρα να φανεί με τη μορφή ενός κοσμικού απολιθώματος που γεμίζει ομοιόμορφα το σύμπαν, ακτινοβολίας που ονομάζεται «κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων» ή «CMB».

Η ομάδα πίσω από αυτήν την έρευνα πιστεύει ότι οι εκρήξεις άστρων axion στο πρώιμο σύμπαν θα μπορούσαν να έχουν αφήσει σημάδια στο CMB. Επομένως, η αναζήτηση αυτής της υπογραφής, χρησιμοποιώντας ραδιοκύματα γνωστά ως 21 εκατοστά, θα μπορούσε να επιβεβαιώσει την αξιονική φύση της σκοτεινής ύλης.

«Τα συνεκτικά αστέρια άξονα, ακόμη και αυτά που είναι σχετικά συμπαγή, έχουν τη δυνατότητα να εκραγούν σε ένα φωτοστέφανο ηλεκτρομαγνητισμού και φωτός», είπε ο Fairbairn. «Η γνώση του τύπου των δομών που μπορεί να σχηματίσει η σκοτεινή ύλη του άξονα και η επίδρασή της στο περιβάλλον διαγαλαξιακό αέριο θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους για την ανίχνευσή της.

«Το να είμαστε σε θέση να βρούμε το άξιον πιθανότατα θα μας βοηθούσε να λύσουμε ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα στην επιστήμη, που έχει περάσει έναν αιώνα στα σκαριά, και θα βοηθούσε στην αποκάλυψη της ιστορίας του πρώιμου σύμπαντος».

ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΙΣΤΟΡΙΕΣ

– Κάτι «ύποπτο» συμβαίνει με το φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης του Γαλαξία

— Πώς ο διάδοχος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων θα κυνηγήσει το σκοτεινό σύμπαν

– Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb μπορεί να στοχεύσει μικρούς, φωτεινούς γαλαξίες για να φωτίσει τη σκοτεινή ύλη

Ο υπολογισμός του αριθμού των αστεριών του άξονα θα μπορούσε τελικά να αποκαλύψει το πλήρες δυναμικό έκρηξης αυτών των ασταθών συγκεντρώσεων σκοτεινής ύλης και να εξηγήσει πώς αυτές οι εκρήξεις θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν με το διαγαλαξιακό αέριο. Αυτό, με τη σειρά του, θα δώσει μια υπόδειξη για το μέγεθος του σήματος που κρύβεται στο CMB.

«Η μέτρηση των 21 εκατοστών θεωρείται γενικά ως το μέλλον της κοσμολογίας και ο ρόλος που διαδραματίζει στην αναζήτηση του άξονα είναι ένας μεγάλος λόγος», δήλωσε ο David Marsh, ερευνητής στο King’s College του Λονδίνου. “Υπάρχει αυτή τη στιγμή ένας τεράστιος πολλαπλασιασμός αξονικών αναζητήσεων που κατασκευάζονται, συμπεριλαμβανομένων έργων όπως το Dark Matter Radio. Είναι μια πολύ, πολύ συναρπαστική στιγμή να είσαι αστροφυσικός.”

Η έρευνα για τα αστέρια του άξονα δημοσιεύτηκε σε μια σειρά άρθρων στο περιοδικό Physical Review D.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *