Sciencemag.cz
Doporučujeme
Autoři tvrdí, že pokud axiony existují, měla by být mračna axionů běžná – pro široký rozsah vlastností axionů by se měla tvořit kolem většiny, možná dokonce kolem všech neutronových hvězd.
Tým fyziků z univerzit v Amsterdamu, Princetonu a Oxfordu došel k závěru, že axiony, extrémně lehké částice, se mohou vyskytovat ve velkých oblacích kolem neutronových hvězd. Tyto axiony by mohly být vysvětlením pro temnou hmotu.
V předchozí práci stejní autoři zkoumali axiony, které z neutronové hvězdy (hypoteticky) unikají. Nyní se zaměřili na ty, jsou (hypoteticky) zachyceny gravitací hvězdy. Postupem času by tyto částice měly kolem neutronové hvězdy vytvářet oblak. Co je podstatné, takové mraky axionů by mohly být pozorovatelné i našimi dalekohledy.
Axiony představují jednu z (hypotetických) variant (hypotetické) temné hmoty. Byla by velmi lehká a s běžnou hmotou by interagovala velice slabě (poznámka: jak tomu rozumět – temná hmota samozřejmě interaguje gravitačně, proto „ji potřebujeme“/proto se s celou koncepcí přišlo; není vyloučeno, že by temná a běžná mota spolu mohly interagovat i jinak, nicméně pro axiony by právě mělo platit, že tyto interakce by byly extrémně slabé).
Očekává se, že axiony se při vystavení elektrickému a magnetickému poli budou moci přeměnit na fotony – a naopak. Světlo umíme pozorovat, ale jak bylo zmíněno, odpovídající síla interakce by měla být velmi malá, a proto bude velmi nízké i množství světla, které axiony obecně produkují (které by produkovaly). Tedy alespoň pokud neuvažujeme prostředí obsahující skutečně obrovské množství axionů, ideálně ve velmi silných elektromagnetických polích. A od toho se pak odvíjí nápad zaměřit se právě na neutronové hvězdy. Nedávný výzkum ukázal, že pokud axiony existují, umožňují tato magnetická pole neutronovým hvězdám masovou produkci těchto částic v blízkosti jejich povrchu.
Ve své předchozí práci se autoři zaměřili na axiony, které po svém vzniku z hvězdy unikly – vypočítali, v jakém množství budou tyto axiony produkovány, po jakých trajektoriích se budou pohybovat a jak jejich přeměna na světlo může vést ke slabému, ale potenciálně pozorovatelnému signálu.
Nová studie se zabývá axiony, kterým se nepodařilo vymanit – těmi, které navzdory jejich nepatrné hmotnosti obrovská gravitace neutronové hvězdy zachytila.
Vzhledem k velmi slabým interakcím axionů zůstanou tyto částice v okolí a na časové škále až milionů let se budou poblíž neutronové hvězdy hromadit. V okolí neutronových hvězd tak mohou vznikat velmi hustá mračna axionů.
Vědci ve své práce studovali vznik těchto mračen a dále jejich vlastnosti a další vývoj.
Autoři tvrdí, že pokud axiony existují, měla by být mračna axionů běžná (pro široký rozsah vlastností axionů by se měla tvořit kolem většiny, možná dokonce kolem všech neutronových hvězd), měla by být obecně velmi hustá (s hustotou možná o dvacet řádů větší než „lokální hustota temné hmoty“; poznámka: tady úplně nechápu, s čím se to srovnává) a díky tomu by měla vést k silným, dobře pozorovatelným signaturám.
Speciálně se zkoumaly dva možné signály: kontinuální signál vyzařovaný během velké části života neutronové hvězdy, ale také jednorázový výtrysk světla na konci života neutronové hvězdy, kdy přestane produkovat své elektromagnetické záření. Obě tyto signatury by mohly být pozorovány a využity ke zkoumání interakce mezi axiony a fotony, a to i pomocí stávajících radioteleskopů.
Zatímco dosud nebyla pozorována žádná mračna axionů, díky novým výsledkům víme velmi přesně, co hledat, shrnuje průvodní tisková zpráva.
Dion Noordhuis et al, Axion Clouds around Neutron Stars, Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.041015
Zdroj: University of Amsterdam / Phys.org, přeloženo / zkráceno
