Вспышка сверхновой может положить конец поискам темной материи
Поиски темной материи во Вселенной могут закончиться в любой момент при удачном стечении обстоятельств: если поблизости вспыхнет сверхновая и попадет в этот момент в поле зрения космического телескопа «Ферми». Новое исследование в Physical Review Letters описывает, как наблюдение вспышки в гамма-диапазоне поможет в этом открытии.
Темная материя, как известно, относится к невидимым 85% Вселенной. Наиболее вероятным кандидатом на ее обнаружение служит аксион. Эта гипотетическая легкая частица, которую ученые по всему миру отчаянно пытаются найти, отлично вписывается в стандартную модель физики, а также не противоречит теории струн, гипотезе о базовой геометрии Вселенной и может объединить гравитацию с квантовой механикой.
Предполагается, что аксион должен взаимодействовать с сильным магнитным полем, превращаясь в фотон. Его уже пытались таким образом уловить в лабораториях при помощи высокочувствительного оборудования с компактными резонаторами.
Альтернативой может быть обнаружение аксионов космического происхождения — которые образуются внутри нейтронных звезд сразу после взрыва сверхновой. Но до сих пор поиски были сосредоточены в основном на наблюдении гамма-лучей от медленного преобразования этих аксионов в фотоны в магнитных полях галактик.
Доцент кафедры физики Калифорнийского университета в Беркли Бенджамин Сафди и его коллеги предложили сфокусировать внимание на моменте взрыва сверхновой. По их расчетам, всплеск порожденных аксионами гамма-лучей длится всего 10 секунд после образования нейтронной звезды — одновременно со всплеском нейтрино внутри нее.
«Это действительно привело нас к мысли о нейтронных звездах как об оптимальных целях для поиска аксионов в качестве аксионных лабораторий. У нейтронных звезд много преимуществ. Это чрезвычайно горячие объекты. Они также обладают очень сильными магнитными полями. Самые сильные магнитные поля в нашей Вселенной — вокруг нейтронных звезд, известных как магнетары. Они в десятки миллиардов раз сильнее, чем все, что мы можем создать в лаборатории. Это помогает преобразовать аксионы в наблюдаемые сигналы», — объясняет Сафди.
Таким образом, открыть темную материю могло бы наблюдение за гамма-лучами от взрыва сверхновой в течение первых 10 секунд. Самым подходящим космическим телескопом для этого ученые видят «Ферми» — благодаря его широкому углу обзора и высокой чувствительности. При этом вспышка должна произойти в Млечном Пути или его галактиках-спутниках, что случается раз в десятилетия.
«Самый лучший способ обнаружения аксионов — это «Ферми», который поймает сверхновую. Просто вероятность этого мала. Но если бы это случилось, мы смогли бы измерить массу аксионов, силу их взаимодействия. Мы смогли бы определить все, что нам нужно знать об этой частице, и были бы невероятно уверены в сигнале, потому что нет обычной материи, которая могла бы произвести такое событие», — мечтает ученый.
Он очень обеспокоен, что когда вспыхнет сверхновая, телескоп может быть направлен в другую сторону. Сейчас астрофизики стараются уговорить коллег из космической отрасли на запуск целой группировки орбитальных гамма-телескопов, чтобы видеть 100% неба 24/7, и даже название для нее придумали: GALAXIS — GALactic AXion Instrument for Supernova.
«Было бы очень обидно, если бы завтра взорвалась сверхновая, и мы упустили возможность обнаружить аксион — он может не вернуться еще лет 50», — заключил Бенджамин Сафди.
