Istraživači su iskoristili arhivske podatke Hablovog teleskopa i simulacije evolucije zvezda da provere da li beli patuljci gube energiju putem emisije aksiona. Posmatranja belih patuljaka u jatu 47 Tucanae nisu pokazala znakove ubrzanog hlađenja povezivog sa aksionima. Analiza postavlja ograničenje: proizvodnja aksiona u interakcijama sa elektronima ne može biti efikasnija od približno 1 na 10^12. Ovo znatno sužava modele, ali ne isključuje aksione kao kandidata za tamnu materiju.
Šta Nam Stare, Umiruće Zvezde Kažu O Aksionima — Kandidatu Za Tamnu Materiju
Could stellar evolution reveal more about dark matter?. | Credit: Nazarii Neshcherenskyi/Getty Images
Astronomi pretražuju svemir ne samo teleskopima, već i samim zvezdama kako bi našli tragove hipotetičkih čestica. Jedan od neobičnih, ali moćnih testova koristi bele patuljke — guste, hladne ostatke zvezda — da otkrije da li postoje aksioni koji bi mogli da odnesu energiju iz unutrašnjosti zvezda i time ubrzaju njihovo hlađenje.
Šta su aksioni i zašto su važni
Aksion je teoretska čestica predložena pre nekoliko decenija kao rešenje problema u okviru jake nuklearne interakcije. Nakon što su je dosadašnja direktna ispitivanja u akceleratorima odbacila ili ograničila, aksioni su postali zanimljivi i kao mogući nosioci tamne materije: teorijski modeli pokazuju da aksioni mogu biti prisutni u velikim količinama, a opet teško detektabilni klasičnim eksperimentima.
Zašto bele patuljke pomažu
Bele patuljke su kompaktni preostaci zvezda: u njima masa uporediva sa masom Sunca stane u prostor manji od Zemlje. Njihov pritisak protiv gravitacije obezbeđuju degenerisani elektroni — gusto naseljeno „more“ elektrona koje sprečava kolaps. U takvim uslovima elektroni mogu imati velika momenta i ponekad biti relativistički, što po nekim modelima može omogućiti emitovanje aksiona u interakciji sa elektronima.
Metodologija istraživanja
Istraživači su ugradili hipotezu o produkciji aksiona u sofisticirane modele evolucije zvezda koji predviđaju temperaturu i sjaj belog patuljka u odnosu na njegovu starost, i uporedili predviđanja sa stvarnim posmatranjima. Za realan test izabrali su populaciju belih patuljaka u globularnom jatu 47 Tucanae, jer su zvezde u takvim jata nastale otprilike u isto vreme, pa se može dobiti veliki i homogen uzorak.
Rezultati i implikacije
Analiza Hablovih arhivskih podataka, upoređena sa simulacijama, nije pronašla očekivane znake ubrzanog hlađenja koji bi ukazivali na masovnu emisiju aksiona. Studija postavlja novu, strogu granicu po kojoj emisija aksiona u interakcijama sa elektronima ne može biti efikasnija od otprilike 1 na 10^12 pokušaja. To ne isključuje postojanje aksiona u celini — znači da su vrlo ograničeni modeli u kojima aksioni direktno i efikasno interaguju sa elektronima.
Zaključak: Aksioni kao kandidat za tamnu materiju nisu odbačeni, ali su modeli u kojima elektroni lako proizvode aksione sada znatno suženi; potreban je novi pristup u posmatranju i eksperimentima da bi se dalje istražile druge moguće interakcije ili produkcioni mehanizmi.
Potraga se nastavlja — kombinacija precizne astrofizike, boljih posmatranja i kreativnih laboratorijskih tehnika biće ključna za dalje testiranje ove intrigantne ideje.
Pomozite nam da budemo bolji.
