Telescoapele cu raze gamma care observă coliziunile dintre stele neutronice ar putea ajuta la identificarea compoziția materiei întunecate. Una dintre teoriile care încearcă să explice materia întunecată susține că aceasta este formată din particule ipotetice denumit axioni. Dacă un axion este creat în mediul intens din timpul fuzionării a două stele neutronice, el ar trebui să se descompună apoi în raze gamma, care pot fi detectate cu telescoapele spațiale de tipul Fermi-LAT.
O pereche de stele neutronice s-au ciocnit violent în urmă cu aproximativ 130 de milioane de ani. Undele gravitaționale puternice rezultate după acest impact au radiat înspre exterior cu viteza luminii, fiind urmate de o izbucnire uriașă de radiații. Pe 17 august 2017, undele gravitaționale au ajuns pe Pământ și au fost detectate de observatoarele LIGO (Statele Unite) și Virgo (Italia). Acest eveniment a fost denumit GW170817.
După câteva secunde, telescopul spațial Fermi-LAT a detectat o explozie de raze gamma în aceeași regiune a cerului. În următoarele câteva zile, alte telescoape au detectat evenimente în lumină vizibilă și la alte lungimi de undă. Toate acestea au marcat prima observație multi-mesager a fuzionării a două stele neutronice.
Ce este o stea neutronică?
O stea neutronică se formează atunci când o stea masivă rămâne fără combustibil și intră în colaps. [...]
Ce sunt axionii?
Axionii sunt particule ipotetice din care se crede că este alcătuită materia întunecată. Dacă Big Bang-ul a creat suficienți axioni, iar aceștia au o anumită masă, atunci ei ar putea reprezenta o mare parte din materia întunecată care modelează universul de astăzi. Din păcate, axionii nu au fost observați niciodată și nimeni nu a confirmat existența lor. Însă axionii și particulele asemănătoare lor pot fi create în condițiile extreme ale coliziunilor dintre stelele neutronice, iar semnătura lor ar putea fi detectată de pe Pământ.
Teoria prezice, totuși, că axionii pot fi creați pentru scurt timp prin trecerea fotonilor de înaltă energie printr-un câmp magnetic puternic. Acești axioni au o viață scurtă, apoi se dezintegrează înapoi într-o pereche de fotoni de raze gamma. În întreaga lume se desfășoară o serie de experimente pe baza acestui fenomen pentru a încerca să se creeze axioni și să se urmărească radiația gamma rezultată în urma dezintegrării lor. Alte experimente, precum Axion Dark Matter eXperiment (ADMX), caută axioni existenți în mod natural, utilizând un proces similar pentru a-i converti în microunde.
Există numeroase locuri din univers în care axionii pot fi creați în această manieră, cum ar fi nucleele stelelor, vecinătatea magnetarilor sau fiecare loc în care există un câmp magnetic puternic. Un astfel de loc ar putea fi coliziunile dintre stele neutronice. Atunci când aceste obiecte extrem de dense se ciocnesc, ele eliberează o cantitate enormă de energie, o parte din această fiind sub formă de radiație electromagnetică și de câmpuri magnetice puternice – condițiile perfecte pentru crearea axionilor.
Prin modelarea energiilor implicate, cercetătorii pot estima masa axionilor ce vor fi produși, iar de aici se poate deduce frecvența specifică a razelor gamma care vor rezulta de la dezintegrarea acestor axioni.
Acceleratoare de particule naturale
Un astfel de experiment nu ar fi prima dată când oamenii de știință încearcă să folosească evenimente naturale pe post de accelerator de particule. Atmosfera noastră superioară este un astfel de loc în care se produc tot timpul ciocniri între particule de înaltă energie. Spre deosebire de radiațiile gamma, razele cosmice sunt particule subatomice care zboară prin spațiu cu viteze relativiste și provin de la evenimente catastrofale precum exploziile unor supernove. Când întâlnesc atmosfera noastră, ele se izbesc de moleculele de aer cu o violență mai mare decât suntem noi capabili să creăm în cele mai mari acceleratoare de particule de pe Pământ.
Telescoape precum High Energy Stereoscopic System (HESS) din Namibia sunt construite pentru a detecta aceste coliziuni, sus pe cer. HESS este o pereche de telescoape care se concentrează asupra atmosferei superioare, căutând exploziile caracteristice de radiație Cherenkov, care dezvăluie cascadele de particule generate de fiecare dată când o rază cosmică pătrunde în atmosferă.
Observații ca aceasta, combinate cu experimentele desfășurate pe Pământ, cum este ADMX, sunt esențiale pentru a afla dacă există axioni. Și, deși nu i-am detectat deocamdată, încă învățăm ceva de fiecare dată când un experiment nu reușește să găsească nimic. Fiecare test este reglat pentru o anumită masă, astfel încât acele rezultate negative lucrează împreună pentru a restrânge gama de posibilități. Sperăm că nu va trece mult timp până când vom avea un răspuns definitiv.
Sursa: Universe Today