Tajomstvo temnej hmoty by mohlo byť vyriešené už v priebehu desiatich sekúnd. Ak budeme mať šťastie, tento revolučný objav by mohol nastať už pri najbližšom výbuchu supernovy v našom okolí, ak budeme pozerať teleskopmi na to správne miesto. Vedci z Kalifornskej univerzity v Berkeley tvrdia, že v prvých desiatich sekundách po explózii masívnej hviezdy by mohlo byť vyžiarených dostatok hypotetických častíc nazývaných axióny na ich potvrdenie. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Častice s potenciálom zmeniť fyziku

Axióny sú jednými z najsľubnejších kandidátov na temnú hmotu, a ak by sa ich podarilo zachytiť, išlo by o prelomový moment vo fyzike. Aktuálne však táto šanca závisí na teleskope Fermi, ktorý pokrýva len 10 % oblohy. Vedci preto navrhujú spustiť projekt GALAXIS, teda sieť gama-teleskopov, ktoré by sledovali celú oblohu naraz. Rýchlosť je však kľúčová, pretože ďalšia supernova môže nastať kedykoľvek.

„Boli by sme naozaj sklamaní, keby supernova vybuchla zajtra a nemali by sme správne vybavenie na detekciu axiónov. Ďalšia takáto príležitosť by mohla prísť až o 50 rokov,“ povedal fyzik Benjamin Safdi.

Benjamin Safdi/UC Berkeley

Axióny boli prvýkrát teoreticky navrhnuté v 70. rokoch ako riešenie tzv. silného CP problému vo fyzike. Tieto častice majú mimoriadne nízku hmotnosť, nemajú elektrický náboj a môžu byť veľmi hojné v celom vesmíre. Ich vlastnosti, ako napríklad interakcie prevažne prostredníctvom gravitácie, ich robia vhodnými kandidátmi na temnú hmotu.

Najdôležitejším aspektom axiónov je však ich schopnosť rozpadnúť sa na fotóny v silných magnetických poliach, čo umožňuje ich detekciu. Vedci už desaťročia vykonávajú laboratórne experimenty a pozorovania vesmírnych objektov, aby potvrdili ich existenciu, pričom jedným z najperspektívnejších miest na ich detekciu sú neutrónové hviezdy.

Supernovy ako kľúč k axiónom

Nový výskum z Kalifornskej univerzity ukazuje, že najlepšou šancou na zachytenie axiónov je práve v prvých momentoch po výbuchu supernovy. Simulácie naznačujú, že počas desiatich sekúnd po kolapse hviezdy by mohlo dôjsť k masívnemu uvoľneniu axiónov, ktoré by následne v silnom magnetickom poli vytvorili gama žiarenie detekovateľné špecializovanými teleskopmi.

X-ray: NASA/CXC/SAO/PSU/D. Burrows et al.; Optical: NASA/STScI; Millimeter: NRAO/AUI/NSF)

Podľa výpočtov tímu by axióny z kategórie kvantovej chromodynamiky (QCD) mohli byť zachytené, ak ich hmotnosť presiahne 50 mikroelektrónvoltov, čo predstavuje len jednu desaťmiliardtinu hmotnosti elektrónu.

Ak by sa existencia axiónov potvrdila, mohli by vyriešiť viacero záhad modernej fyziky. Axióny by mohli objasniť nielen povahu temnej hmoty, ale aj ďalšie fundamentálne problémy, ako je nevyvážený pomer hmoty a antihmoty vo vesmíre či otázky spojené so strunovou teóriou.

Najväčšou výzvou je správne načasovanie. Výbuch supernovy je totiž úplne nepredvídateľný a môže nastať dnes alebo o desať rokov. Ak však bude teleskop Fermi v správny čas na správnom mieste, odpovede na niektoré z najväčších otázok vesmíru by mohli byť na dosah ruky v priebehu niekoľkých sekúnd.

„Najlepším scenárom pre axióny je, že Fermi zachytí supernovu,“ vysvetľuje Safdi. „Šanca je síce malá, ale ak by sme to dokázali, mohli by sme určiť ich hmotnosť, silu interakcie a byť si úplne istí, že ide o axióny, pretože nič z bežnej hmoty by taký jav nemohlo vytvoriť.“