Чи можуть пульсари допомогти знайти темну матерію?

Астрономи продовжують шукати та перевіряти нові ідеї джерел частки темної матерії. Один з таких підходів описаний у новій статті, опублікованій у журналі Physical Review Letters, він припускає, що якщо темна матерія складається з аксіонів, то ми могли б побачити ознаки їх розпаду біля пульсарів, що світяться.

Хоча найпопулярнішими кандидатами для темної матерії є слабкі масивні частинки (WIMPs), ще однією популярною опцією є гіпотетичний аксіон. Аксіони спочатку були запропоновані не для розв’язання проблеми темної матерії, а для усунення деяких заплутаних тонкощів фізики частинок. Відповідно до теорії, аксіони — це частинки малої маси без заряду, які не сильно взаємодіють зі звичайною матерією або світлом, що робить їх ідеальним кандидатом для темної матерії. Аксіони можуть розпадатися на фотони, але світло, що виходить, буде настільки розрідженим і тьмяним, що ми не можемо його виявити.

У цьому дослідженні пропонувався спосіб виявлення залишкового світіння аксіонів: якщо вони існують, то можуть бути створені в надзвичайно сильних магнітних полях, таких як у нейтронних зірок та чорних дірок. Найсильніші електромагнітні поля у пульсарів, тому це найкраще місце для пошуків. Пульсари – це нейтронні зірки, які генерують потужні потоки енергії від своїх магнітних полюсів. Полярні регіони також можуть створювати величезну кількість аксіонів, частина з яких розпадатиметься на фотони. Таким чином, теоретично, світло від пульсарів повинен містити сліди розпаду аксіонів.

Дослідники оцінили кількість та спектр світла, який буде створено розпадом аксіонів. Потім вони симулювали, як це проявиться в радіоспалахах потужних пульсарів. І порівняли свою модель зі спостереженнями 27 найближчих пульсарів, щоб виявити надлишок світла, яке б підтверджувало розпад аксіонів.

Команда не виявила доказів існування аксіонів. Але ґрунтуючись на своїх спостереженнях, вони змогли обмежити масу аксіонів. Згідно з даними, аксіони не можуть мати масу менше ніж 10-8 електронвольт і не можуть бути важчими 10-5 електронвольта, що набагато менше, ніж навіть нейтрино.

Однією з переваг цього є те, що не постулює, що аксіони є частками темної матерії, лише передбачає їх існування. Результат виявився важливішим для фізики частинок, ніж космології, тому масове обмеження може бути корисним у майбутніх пошуках. Однак частинки темної матерії залишаються прихованими.