Физики из Университета Амстердама показали, что сверхлегкие (и пока не обнаруженные, остающиеся гипотетическими) частицы аксионы могут существовать в виде больших облаков вокруг нейтронных звезд. Согласно популярной гипотезе, именно из аксионов может состоять таинственная темная материя, поисками которой заняты космологи. Авторы нового исследования, вышедшего в Physical Review X, считают, что возле нейтронных звезд аксионы не так уж сложно обнаружить.

Различные свидетельства указывают на то, что приблизительно 85% материи во Вселенной является «темной», то есть загадочной, она не проявляет себя никак, кроме гравитации. Если аксионы и существуют, они должны быть чрезвычайно легкими, что затрудняет их обнаружение. Идея аксиона как частицы темной материи интересна, но в физике идея является действительно ценной, если у нее есть наблюдаемые последствия.

Согласно расчетам, когда аксионы подвергаются воздействию электрических и магнитных полей, они могут превращаться в фотоны (частицы света) и наоборот. Свет мы умеем наблюдать, но сила соответствующего взаимодействия должна быть очень мала, а значит и количество света, которое производят аксионы, также невелико. Это заставило исследователей рассмотреть нейтронные звезды. Эти объекты имеют массу, аналогичную солнечной, но сжаты до размера от 12 до 15 километров. Такая экстремальная плотность создает невероятно сильные магнитные поля — в миллиарды раз сильнее, чем на Земле.

Согласно новому исследованию, благодаря слабому взаимодействию, аксионы за миллионы лет накапливаются вокруг нейтронной звезды. Это может привести к образованию очень плотных облаков из таких частиц, что открывает новые возможности для их исследования.

В этом случае частицы должны давать мощные наблюдаемые сигнатуры, которые могут включать в себя непрерывные сигналы и разовый всплеск света. Эти сигнатуры могли бы заметить даже существующие радио-телескопы. Есть также версия, что облака из аксионов могут изменить динамику самих нейтронных звезд.

Необычное излучение нейтронных звезд, возможно, доказывает существование неуловимой частицы

Астрофизики: в космосе могут существовать невидимые аксионные звезды из темной материи

Появились новые доказательства того, что темная материя состоит из аксионов

«Кольца Эйнштейна» пролили свет на природу темной материи

Физики определили массу гипотетической квантовой частицы аксиона