Охота на гипотетические аксионы, исходящие от Бетельгейзе, оказывается пустой, но помогает физикам установить ограничения на их свойства.
Визуальная иллюстрация загадочного затемнения Бетельгейзе. Новое исследование предполагает, что это может быть хорошим кандидатом для поиска аксионов. (Изображение предоставлено: NASA, ESA, and E. Wheatley (STScI))
Глубоко в своем обжигающем горячем животе гигантская красная звезда Бетельгейзе могла производить тонны гипотетических частиц темной материи, называемых аксионами, которые, если они существуют, испустили бы контрольный сигнал. Недавние поиски такого соблазнительного излучения не увенчались успехом, но помогли физикам установить новые ограничения на свойства предполагаемого аксиона.
Ярко-красная точка в созвездии Ориона – Бетельгейзе – хорошо изученная звезда. Она космологически близка и находится всего в 520 световых годах от Земли. В прошлом году она попала в заголовки газет, когда она начала таинственно тускнеть, что заставило некоторых исследователей поверить, что она может готовиться к взрыву как сверхновая.
По словам ученых, поскольку Бетельгейзе такая большая и горячая звезда, она также может быть идеальным местом для поиска аксионов. Эти предполагаемые частицы могут иметь, возможно, одну миллионную или даже миллиардную массу электрона и являются идеальными кандидатами на создание темной материи, таинственной субстанции, значительно превосходящей обычную материю во Вселенной, но природа которой все еще в значительной степени не определена.
Как темная материя, аксионы не должны сильно взаимодействовать со светящимися частицами, но, согласно некоторым теориям, существует небольшая вероятность того, что фотоны или световые частицы могут конвертироваться туда и обратно в аксионы в присутствии сильного магнитного поля, Мэнцзяо Сяо, физик из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже.
Термоядерное ядро звезды – хорошее место для обнаружения большого количества фотонов и магнетизма, и Бетельгейзе, масса которой в 20 раз превышает массу Солнца, вполне может быть «тем, что мы называем фабрикой аксионов,» – сказал он.
Если аксионы производятся в этой экстремальной среде, они должны иметь возможность вырваться наружу и устремиться к Земле в больших количествах. По словам Сяо, взаимодействуя с естественным магнитным полем галактики Млечный Путь, эти аксионы могут быть преобразованы обратно в фотоны в рентгеновской части электромагнитного спектра.
Он добавил, что как пожилая звезда Бетельгейзе находится на той стадии жизни, когда она не должна излучать много рентгеновского света, поэтому любое такое излучение, обнаруженное от нее, может указывать на присутствие аксионов.
Сяо и его коллеги использовали космический ядерно-спектроскопический телескоп NASA (NuSTAR) для поиска рентгеновской сигнатуры, исходящей от Бетельгейзе, хотя они не увидели ничего, кроме того, что ожидалось от обычных астрофизических процессов, таких как небольшое количество рентгеновских лучей, которые Бетельгейзе производит. Их выводы, которые Сяо представил 20 апреля на апрельской встрече Американского физического общества, предполагают, что вероятность взаимодействия фотонов и аксионов как минимум в три раза ниже, чем считалось ранее (1).
«Поскольку в звездной среде гораздо больше шума, чем в лабораторных условиях, выполнять такие поиски сложно,» сказал Джошуа Фостер, физик из Массачусетского технологического института, который не участвовал в работе, но принимал участие в поиске аксионов, исходящих от звездных скоплений около центра нашей галактики. Но чтобы количественно оценить их неопределенности и помочь наложить новые ограничения на потенциальные свойства аксиона, команде пришлось тяжело работать, сказал Фостер (2).
Даже если бы исследователи увидели неожиданные рентгеновские лучи, исходящие от звезды, это не обязательно указывало бы на реальность аксионов. По словам Фостера, ученым все равно придется исключить многие объяснения сигнала, не связанные с темной материей, прежде чем обращаться к новой физике.
Но возможно, что аксионы, если они когда-нибудь будут обнаружены, могут помочь астрономам лучше понять Бетельгейзе, сказал Сяо. Он добавил, что, если бы свойства частиц были известны, телескопы, обученные на Бетельгейзе, могли бы наконец уловить их сигнал, давая представление о процессах, происходящих в ее чреве, и позволяя исследователям рассчитать, когда она действительно взорвется.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
