Необычное излучение нейтронных звезд, возможно, доказывает существование неуловимой частицы

Теоретические физики из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (США) предложили объяснение мощного рентгеновского излучения от звезд «Великолепной семерки». Возможно, причина — в частице, которую еще никто не обнаружил.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review, коротко о нем рассказывает портал Phys.org.

Группа нейтронных звезд, известная как «Великолепная семерка», обладает мощными магнитными полями, все звезды в ней находятся относительно близко — в пределах сотен световых лет — и, как ожидается, должны производить только низкоэнергетические рентгеновские лучи и ультрафиолетовый свет. Однако рентгеновское излучение от этой группы звезд значительно выше, чем должно бы быть.

Новое исследование предполагает, что аксионы — частицы, никогда ранее не наблюдавшиеся и существующие лишь в теории, могут быть объяснением этого излучения. Физики считают, что аксионы образуются в ядрах нейтронных звезд и превращаются в фотоны — частицы света — из-за мощного магнитного поля.

Если бы нейтронные звезды относились к типу пульсаров, у них была бы активная поверхность, испускающая излучение на разных длинах волн. Такое излучение проявлялось бы в электромагнитном спектре и могло заглушить рентгеновскую сигнатуру, которую обнаружили исследователи, либо производить радиочастотные сигналы. Но «Великолепная семерка» — не пульсары, и такой радиосигнал обнаружен не был.

Другие распространенные астрофизические объяснения мощного рентгеновского излучения тоже не соответствуют наблюдениям: если бы его источником был объект, скрывающийся за нейтронными звездами, это обнаружилось бы в наборах данных с космических телескопов.

Если аксионы существуют, можно ожидать, что они будут вести себя так же, как нейтрино в звезде, поскольку оба имеют очень небольшие массы и очень редко и слабо взаимодействуют с другим веществом. Они могли бы в изобилии образовываться внутри звезд. Незаряженные частицы, называемые нейтронами, перемещаются внутри нейтронных звезд, иногда взаимодействуя и высвобождая нейтрино или, возможно, аксион. Процесс испускания нейтрино является основным способом охлаждения нейтронных звезд с течением времени.

Подобно нейтрино, аксионы смогли бы выйти за пределы звезды. Невероятно сильное магнитное поле, окружающее звезды «Великолепной семерки» — в миллиарды раз сильнее, чем магнитные поля, которые могут быть созданы на Земле — может заставить существующие аксионы преобразовываться в свет.

«Мы совершенно уверены, что превышение [рентгеновского излучения] существует, и убеждены, что причина этого — нечто новое», — заявили исследователи. — Мы не утверждаем, что открыли аксион, но это может быть объяснением наличия такого количества фотонов в рентгеновском спектре».

Аксионы также могут составлять темную материю — таинственный материал, на который, по оценкам, приходится 85% общей массы Вселенной, но до сих пор мы наблюдаем его гравитационное воздействие только на обычную материю. Даже если окажется, что избыток рентгеновского излучения не связан с аксионами или темной материей, «это расскажет нам гораздо больше о нашей Вселенной», заключили ученые.

Фото: Shutterstock

Попытки поймать темную материю привели к нейтронным звездам

Скопление галактик нанесло удар по теории струн