Поиски тёмной материи, составляющей 85% материи во Вселенной, могут приблизиться к завершению в случае обнаружения гамма-лучей от близлежащей сверхновой. Наиболее вероятным кандидатом на роль тёмной материи считается аксион, легкая частица, которую пытаются обнаружить исследователи по всему миру.

Астрофизики из Калифорнийского университета в Беркли утверждают, что аксион может быть обнаружен в течение нескольких секунд после регистрации гамма-лучей от взрыва сверхновой. Аксионы, если они существуют, будут производиться в больших количествах в первые 10 секунд после коллапса ядра массивной звезды в нейтронную звезду. Эти аксионы будут высвобождаться и преобразовываться в высокоэнергетические гамма-лучи в интенсивном магнитном поле звезды.

Источник: DALL-E

Обнаружение аксионов возможно в том случае, если единственный гамма-телескоп на орбите, Fermi Gamma-ray Space Telescope, будет направлен в сторону сверхновой в момент её взрыва. Однако, учитывая поле зрения телескопа, вероятность такого события составляет примерно 1 шанс из 10.

Единичное обнаружение гамма-лучей позволило бы точно определить массу аксиона, в частности, так называемого аксиона КХД, в огромном диапазоне теоретических масс. Отсутствие обнаружения, однако, исключило бы большой диапазон потенциальных масс для аксиона и сделало бы большинство текущих поисков тёмной материи неактуальными.

Проблема заключается в том, что для того, чтобы гамма-лучи были достаточно яркими для обнаружения, сверхновая должна находиться в пределах нашей галактики или одной из галактик-спутников. Близлежащие звёзды взрываются в среднем каждые несколько десятилетий. Последняя близлежащая сверхновая взорвалась в 1987 году в Большом Магеллановом Облаке, одном из спутников Млечного Пути. В то время ныне неработающий гамма-телескоп Solar Maximum Mission был направлен в сторону сверхновой, но он был недостаточно чувствителен, чтобы обнаружить прогнозируемую интенсивность гамма-лучей.

После того, как из сколлапсировавшего железного ядра массивной звезды образуется горячая, компактная нейтронная звезда, аксионы должны производиться в огромных количествах в течение примерно 10 секунд. Некоторые из этих аксионов (a, красная пунктирная линия) будут преобразованы в гамма-лучи в интенсивном магнитном поле звезды. Флот гамма-телескопов вокруг Земли мог бы обнаружить эти гамма-лучи, подтвердиbв существование аксионов и определив их массу. Источник: Benjamin Safdi, UC Berkeley

«Если бы мы увидели сверхновую, подобную сверхновой 1987A, с помощью современного гамма-телескопа, то мы смогли бы обнаружить или исключить этот аксион КХД в большей части его пространства параметров. И всё это произошло бы в течение 10 секунд», — сказал Бенджамин Сафди, доцент кафедры физики Калифорнийского университета в Беркли и главный автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Исследователи обеспокоены тем, что когда в соседней Вселенной вспыхнет давно ожидаемая сверхновая, мы не будем готовы увидеть гамма-лучи, производимые аксионами. Они предлагают запустить один или несколько гамма-телескопов, чтобы покрыть 100% неба 24/7 и быть уверенными в том, что поймают любой гамма-всплеск. Они даже предложили название для своей спутниковой группировки гамма-излучения на весь небосвод — GALactic AXion Instrument for Supernova, или GALAXIS.

«Было бы очень обидно, если бы завтра взорвалась сверхновая, а мы упустили возможность обнаружить аксион — подобное событие может не произойти ещё лет 50», — сказал Сафди.

Подробнее на iXBT