Сверхновая может положить конец поискам темной материи
Аксионная темная материя должна быть произведена и преобразована в гамма-лучи во время взрыва сверхновой.
Поиски темной материи во Вселенной могут завершиться уже завтра — при условии нахождения поблизости сверхновой и определенном везении.
Природа темной материи ускользала от астрономов в течение 90 лет, с тех пор как стало ясно, что 85% материи во Вселенной не видно в телескопы. Наиболее вероятным кандидатом на темную материю сегодня является аксион, легкая частица, которую исследователи по всему миру отчаянно пытаются найти.
Астрофизики из Калифорнийского университета в Беркли теперь утверждают, что аксион может быть обнаружен в течение нескольких секунд после обнаружения гамма-лучей от взрыва сверхновой поблизости. Аксионы, если они существуют, будут производиться в больших количествах в течение первых 10 секунд после коллапса ядра массивной звезды в нейтронную звезду, и эти аксионы будут высвобождаться и преобразовываться в высокоэнергетические гамма-лучи в интенсивном магнитном поле звезды.
Такое обнаружение возможно сегодня только в том случае, если единственный гамма-телескоп на орбите, Fermi Gamma-ray Space Telescope, будет направлен в сторону сверхновой в момент ее взрыва. Учитывая поле зрения телескопа, это примерно один шанс из десяти
Тем не менее, единичное обнаружение гамма-лучей позволило бы точно определить массу аксиона, в частности, так называемого аксиона КХД, в огромном диапазоне теоретических масс, включая диапазоны масс, которые сейчас исследуются в экспериментах на Земле. Однако отсутствие обнаружения исключило бы большой диапазон потенциальных масс для аксиона и сделало бы большинство текущих поисков темной материи неактуальными.
Проблема в том, что для того, чтобы гамма-лучи были достаточно яркими для обнаружения, сверхновая должна быть поблизости — в пределах нашей галактики Млечный Путь или одной из ее галактик-спутников — а близлежащие сверхновые взрываются в среднем только каждые несколько десятилетий.
Последняя близлежащая сверхновая вспыхнула в 1987 году в Большом Магеллановом Облаке, одном из спутников Млечного Пути. В то время ныне неработающий гамма-телескоп Solar Maximum Mission был направлен в сторону сверхновой, но он был недостаточно чувствителен, чтобы обнаружить прогнозируемую интенсивность гамма-лучей, согласно анализу ученых.
«Если бы мы увидели сверхновую, например, сверхновую 1987A, с помощью современного гамма-телескопа, мы смогли бы обнаружить или исключить аксион КХД, этот самый интересный аксион, в большей части его пространства параметров — по сути, во всем пространстве параметров, которое невозможно исследовать в лаборатории, и в большей части пространства параметров, которое можно исследовать в лаборатории», — сказал Бенджамин Сафди, доцент кафедры физики Калифорнийского университета в Беркли и старший автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Letters. «И все это произошло бы в течение 10 секунд».
Однако исследователи обеспокоены тем, что когда вспыхнет давно ожидаемая сверхновая, мы не будем готовы увидеть гамма-лучи, производимые аксионами. Ученые сейчас общаются с коллегами, которые строят гамма-телескопы, чтобы оценить осуществимость запуска одного или нескольких таких телескопов, чтобы покрыть 100% неба 24/7 и быть уверенными в том, что поймают любой гамма-всплеск. Они даже предложили название для своей спутниковой группировки гамма-излучения на весь небосвод — GALactic AXion Instrument for Supernova, или GALAXIS.
«Я думаю, что все авторы исследования напряжены из-за того, что следующая сверхновая вспыхнет до того, как у нас появятся нужные приборы», — сказал Бенджамин Сафди. «Было бы очень обидно, если бы завтра взорвалась сверхновая, и мы упустили бы возможность обнаружить аксион — такой шанс может не появится еще лет 50».