Астрономы продолжают искать и проверять новые идеи источников частицы тёмной материи. Один из таких подходов описан в новой статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, он предполагает, что если тёмная материя состоит из аксионов, то мы могли бы увидеть светящиеся признаки их распада около пульсаров.

Хотя самыми популярными кандидатами для тёмной материи являются слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), ещё одной популярной опцией является гипотетический аксион. Аксионы изначально были предложены не для решения проблемы тёмной материи, а для устранения некоторых запутанных тонкостей физики частиц. Согласно теории, аксионы — это частицы малой массы без заряда, которые не сильно взаимодействуют с обычной материей или светом, что делает их идеальным кандидатом для тёмной материи. Аксионы могут распадаться на фотоны, но получающийся свет будет настолько разреженным и тусклым, что мы не можем его обнаружить.

Составленное из разных спектров изображение Крабовидной туманности. В центре туманности находится пульсар «Crab Pulsar». Источник: рентген-диапазон NASA/CXC/SAO; оптический диапазон NASA/STScI; инфракрасный диапазон NASA-JPL-Caltech

В данном исследовании предлагался способ обнаружения остаточного свечения аксионов: если они существуют, то могут быть созданы в чрезвычайно сильных магнитных полях, таких как у нейтронных звёзд и чёрных дыр. Самые сильные электромагнитные поля у пульсаров, поэтому это самое подходящее место для поисков. Пульсары — это нейтронные звёзды, которые генерируют мощные потоки энергии от своих магнитных полюсов. Полярные регионы также могут создавать огромное количество аксионов, часть из которых будет распадаться на фотоны. Таким образом, в теории, свет от пульсаров должен содержать следы распада аксионов.

Как нейтронные звезды могут производить аксионы. Источник: Noordhuis и соавторы

Исследователи оценили количество и спектр света, который будет создан распадом аксионов. Затем они симулировали, как это проявится в радиовспышках мощных пульсаров. И сравнили свою модель с наблюдениями 27 ближайших пульсаров, чтобы обнаружить избыток света, который подтверждал бы распад аксионов.

Команда не обнаружила доказательства существования аксионов. Но основываясь на своих наблюдениях, они смогли ограничить массу аксионов. Согласно данным, аксионы не могут иметь массу меньше 10^-8 электрон-вольт и не могут быть тяжелее 10^-5 электрон-вольта, что гораздо меньше, чем даже нейтрино.

Одним из преимуществ этого результата является то, что он не постулирует, что аксионы являются частицами тёмной материи, а только предполагает их существование. Результат оказался более важен для физики частиц, чем космологии, поэтому массовое ограничение может быть полезным в будущих поисках. 

Однако частицы тёмной материи остаются скрытыми.

Подробнее на iXBT