Гипотетическая частица аксион является одним из претендентов на роль основы темной материи. Исследователи попытались проследить ее взаимодействие с магнитными полями скоплений галактик.
Физики из Копенгагенского университета искусно «адаптировали» огромные магнитные поля скоплений галактик для наблюдения за удаленными черными дырами и поиском неуловимой частицы аксиона, которая на протяжении десятилетий ставит ученых в затруднительное положение.
Самые крупные структуры во Вселенной, скопления галактик, в тысячи раз тяжелее Солнца. Аксионы, загадочные гипотетические частицы темной материи, значительно легче самого легкого атома. Это нейтральные псевдоскалярные элементарные частицы, квант поля, предложенного для сохранения CP-инвариантности в квантовой хромодинамике в 1977 году Роберто Печчеи и Хелен Квинн. Аксион должен представлять собой псевдоголдстоуновский бозон, возникающий в результате спонтанного нарушения симметрии Печчеи — Квинн.
Если такая частица на самом деле существует, она может стать ключом к пониманию темной материи, из которой, как предполагают астрофизики, состоит до 80% массы Вселенной. Согласно идее Фрэнка Вильчека, высказанной в том же 1977 году, она должна «очистить» квантовую хромодинамику от неразрешимого противоречия CP-инвариантности.
На сегодняшний день никто не смог доказать существование этих частиц, которые на протяжении десятилетий ускользают от ученых. Однако благодаря изобретательному подходу с удаленными галактиками физики из Копенгагенского университета, возможно, приблизились к этому больше, чем кто-либо прежде.
Вместо использования ускорителей частиц на Земле, таких как Большой адронный коллайдер, ученые обратились к космосу. Они использовали его как своего рода гигантский ускоритель частиц. Исследователи зафиксировали электромагнитное излучение, исходящее из ядер далеких и очень ярких галактик, в центре каждой из которых находится сверхмассивная черная дыра (СМЧД).
Затем они наблюдали это излучение в моменты его прохождения через обширные магнитные поля, обнаруженные в скоплениях галактик. Предполагалось, что его часть могла бы трансформироваться в аксионы, оставляя после себя микроскопические случайные флуктуации. Однако каждый отдельный сигнал настолько слаб, что теряется в фоновом шуме Вселенной.
Поэтому ученые предложили новую концепцию. Вместо этого они наблюдали в общей сложности 32 сверхмассивные черные дыры, расположенные за скоплениями галактик, а затем объединили результаты всех 32 сеансов наблюдений. Когда эксперты изучили совмещенные данные, они обнаружили закономерность, которая может оказаться признаком неуловимой аксионной частицы.