Πάνω από 400 έτη φωτός από τη Γη, υπάρχει ένα σύμπλεγμα νεαρών άστρων νετρονίων που είναι πολύ ζεστά για την ηλικία τους. Αυτά τα αστέρια, γνωστά ως “Magnificent Seven”, εκπέμπουν ένα ρεύμα ακτίνων Χ εξαιρετικά υψηλής ενέργειας που οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να εξηγήσουν.
Tο τηλεσκόπιο XMM-Newton της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας ανιχνεύει ακτίνες-Χ στο διάστημα
Τώρα, οι επιστήμονες έχουν προτείνει έναν πιθανό ένοχο: το αξιόνιο, θεωρητικά σωματίδια που μετατρέπονται σε ελαφριά σωματίδια όταν βρίσκονται κοντά σε ένα μαγνητικό πεδίο.
Σε μια νέα μελέτη ο φυσικός Benjamin Safdi του Lawrence Berkeley καιοι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν υπερυπολογιστές για να μοντελοποιήσουν την ιδέα ότι τα αξιόνια που παράγονται μέσα στα αστέρια μπορούν να μετατραπούν σε ακτίνες Χ στα μαγνητικά πεδία έξω από τα αστέρια .
Τα αξιόνια δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ άμεσα, αλλά υποπτεύθηκαν οι φυσικοί για πρώτη φορά την ύπαρξη τους κατά τη δεκαετία του 1970. Είναι πολύ νωρίς για να πούμε με βεβαιότητα αν υπάρχουν αξιόνια ή αν είναι ο πραγματικός ένοχος για τις περίεργες ακτίνες Χ, είπε ο Safdi, αλλά οι ερευνητές ελπίζουν ότι η νέα μοντελοποίηση με υπολογιστές μπορεί να δείχνει ότι υπάρχει κάτι έξω από το Πρότυπο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, το οποίο περιγράφει γνωστά υποατομικά σωματίδια.
“Είμαστε πολύ σίγουροι ότι αυτή η υπερβολική εκπομπή ακτίνων Χ υπάρχει και πολύ σίγουροι ότι υπάρχει κάτι καινούργιο μεταξύ αυτής της περίσσειας”, δήλωσε ο Safdi. “Εάν ήμασταν 100% σίγουροι ότι αυτό που βλέπουμε είναι ένα νέο σωματίδιο, αυτό θα ήταν κάτι το μεγαλιώδες. Αυτό θα ήταν επαναστατικό στη φυσική.”
Μυστηριώδεις ακτίνες Χ
Δεδομένης της ηλικίας και του τύπου τους, τα επτά άστρα νετρονίων, το Magnificent Seven, πρέπει να εκπέμπουν μόνο ακτίνες Χ χαμηλής ενέργειας και υπεριώδες φως . Αλλά οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει κάτι που δεν μπορούν να εξηγήσουν: ακτίνες υψηλής ενέργειας που βγαίνουν από τα αστέρια. Τα αστέρια νετρονίων είναι τα υπολείμματα από γιγαντιαία αστέρια που έχουν εξαντλήσει τα καύσιμα τους και έχουν καταρρεύσει. ένας τύπος αστεριού νετρονίων, που ονομάζεται πάλσαρ , εκπέμπει σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ υψηλής ενέργειας. Αλλά η ομάδα των 7 Magnificent Seven δεν είναι πάλσαρ.
Οι επιστήμονες έψαξαν επίσης πίσω από το σύμπλεγμα των 7 αστεριών νετρονίων για άλλα αντικείμενα που θα μπορούσαν να εκπέμπουν τις μυστηριώδεις ακτίνες Χ, αλλά ούτε το τηλεσκόπιο XMM-Newton της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας ούτε το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ Chandra της NASA έχουν βρει κάτι που θα μπορούσε να είναι ο ένοχος.
Τα αξιόνια έχουν επίσης προταθεί ως λύση στο μυστήριο. Αλλά θα μπορούσαν πραγματικά να παραχθούν αξιόνια μέσα σε ένα αστέρι νετρονίων; Έτσι, για να το μάθουν, ο Safdi και οι συνεργάτες του στράφηκαν σε υπερυπολογιστές στο Πανεπιστήμιο του Michigan και στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley.
“Υπάρχει πολλή επεξεργασία δεδομένων και ανάλυση δεδομένων σε αυτό το πρόβλημα,” είπε ο Safdi. “Πρέπει να μοντελοποιήσεις το εσωτερικό ενός άστρου νετρονίων για να προβλέψουμε πόσα αξιόνια πρέπει να παράγονται μέσα σε αυτό το αστέρι.”
Ένα αξιόνιο, εάν υπάρχει, είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο με πολύ χαμηλή μάζα. Μάλιστα μπορεί να είναι και συστατικό της σκοτεινής ύλης, το μη παρατηρημένο υλικό που φαίνεται να αποτελεί πάνω από το ένα τέταρτο της μάζας του σύμπαντος, με βάση τα βαρυτικά του αποτελέσματα.
Ο Safdi και η ομάδα του διαπίστωσαν ότι τα αξιόνια μπορεί να λειτουργούν παρόμοια με τα νετρίνα , ένα άλλο εξαιρετικά ελαφρύ υποατομικό σωματίδιο που έχει αποδειχθεί ότι υπάρχει. Τα νετρίνα παράγονται μέσα σε αστέρια νετρονίων όταν τα νετρόνια συγκρούονται μεταξύ τους. Τα αξιόνια θα μπορούσαν να παραχθούν με τον ίδιο τρόπο.
Δεδομένης της χαμηλής μάζας και των ασθενών αλληλεπιδράσεών τους με άλλη ύλη, τα αξιόνια θα μπορούσαν εύκολα να ξεφύγουν από τους πυρήνες των αστεριών νετρονίων και να μεταφερθούν στο διάστημα Ξέρουμε ότι εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία περιβάλλουν τα αστέρια νετρονίων. Παρουσία αυτών των πεδίων, τα αξιόνια θα μετατρέπονταν σε φωτόνια ή ελαφριά σωματίδια. Ταξιδεύοντας σε μήκη κύματος μικρότερα από το ορατό φως, αυτά τα σωματίδια φωτός καταγράφονται ως ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας σε αστρονομικά όργανα.
“Δεν ισχυριζόμαστε ότι έχουμε κάνει την ανακάλυψη του αξιόνιου ακόμα, αλλά λέμε ότι τα επιπλέον φωτόνια ακτίνων Χ μπορούν να εξηγηθούν από τα αξιόνια”, δήλωσαν οι ερευνητές. “Είναι μια συναρπαστική ανακάλυψη αυτής της υπερβολικής εκπομπής των φωτονίων ακτίνων Χ και είναι μια συναρπαστική πιθανότητα να οφείλονται στα αξιόνια.”
