Ах, частицы темной материи, кем вы можете быть? Ответ все еще ускользает от нас, и астрономы продолжают пробовать новые идеи, чтобы найти его. Например, новая статья в Письма о физических отзывах это говорит о том, что если темная материя состоит из аксионов, мы могли бы увидеть их остатки свечения вблизи пульсаров.
Хотя наиболее популярными кандидатами на роль темной материи являются слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), другим популярным вариантом является гипотетический аксион. Изначально аксионы были предложены не для решения проблемы темной материи, а, скорее, для решения некоторых неприятных тонкостей в физике элементарных частиц. [Fun fact, Axion is a brand of dishwashing liquid popular in Latin America. Axions are so named because they “clean up” the particle physics problem.] Согласно теории, аксионы — это беззарядные частицы малой массы, которые не будут сильно взаимодействовать с обычной материей или светом, что звучит как идеальный кандидат в темную материю. Аксионы могут распадаться на фотоны, но излучаемый свет будет настолько рассеянным и слабым, что мы не сможем его обнаружить.
Новое исследование предлагает способ обнаружения остаточного свечения аксионов. Если они существуют, аксионы могли бы производиться в чрезвычайно сильных магнитных полях, например, вокруг нейтронных звезд и черных дыр. Вокруг пульсаров существуют самые сильные электромагнитные поля, так что это лучшее место для поиска. Пульсары — это нейтронные звезды, которые генерируют мощные потоки энергии от своих магнитных полюсов. Полярные регионы также будут производить огромное количество аксионов, некоторые из которых распадутся на свет. Таким образом, теоретически свет пульсара должен содержать свет распада аксиона.
Поэтому авторы использовали базовую модель, чтобы оценить количество света, которое будет произведено в результате распада аксиона, и каким будет спектр этого света. Затем они смоделировали, как этот избыток будет проявляться в радиовспышках мощных пульсаров. Затем они сравнили свою модель с наблюдениями за 27 близлежащими пульсарами, чтобы посмотреть, смогут ли они обнаружить избыток радиоизлучения, который мог бы доказать распад аксиона.
К сожалению, команда не нашла никаких доказательств существования аксионов. Основываясь на своих наблюдениях, они смогли ограничить массу аксионов, если они действительно существуют. По данным, аксионы не могут быть легче 10-8 электронвольт и не тяжелее 10-5 электронвольты, которые намного легче даже нейтрино.
Одной из сильных сторон этого результата является то, что он не предполагает, что аксионы являются темной материей, а только то, что аксионы существуют. На самом деле это скорее проверка физики элементарных частиц, чем космологической, поэтому ограничение массы может быть таким прямым. Но частицы темной материи снова остаются скрытыми. Предполагая, что частицы темной материи существуют, это история для другого разговора.
Ссылка: Ноордхейс, Дион и др. «Новые ограничения на аксионы, образующиеся в каскадах полярной шапки пульсаров». Письма о физических отзывах 131.11 (2023): 111004.
