Neutronske zvezde sa sklonošću ka ekstremnom okretanju mogle bi da proizvedu jednu od najtraženijih čestica u Univerzumu.
Ove elementarne čestice se nazivaju aksionima i do danas su čisto hipotetičke. Međutim, ako bismo uspeli da ih pronađemo, mogli bismo da rešimo neke od najvećih problema u kosmosu, uključujući identitet najmanje jedne vrste tamne materije.
Ako bi ove zvezde koje se brzo okreću bile toliko efikasne u hvatanju aksija da se neuhvatljive čestice mogu izdvojiti u količinama koje su dovoljno velike da ih konačno otkriju. I to bi nam dalo neke važne naznake o prirodi i svojstvima aksiona, kao što je njegova masa.
Astronomi su tražili tragove o aksionima otkako su fizičari predložili njihovo postojanje 1970-ih. Pomalo poput neutrina, za njih se smatra da slabo komuniciraju sa drugom materijom, što ih čini teškim za otkrivanje.
Međutim, ako su unutar određenog opsega mase, predviđa se da će se ponašati baš kao tamna materija, doprinoseći izraženim gravitacionim efektima koji se ne mogu objasniti samo na osnovu količine normalne materije u Univerzumu.
Teoretski, očekuje se da će se aksioni lako raspasti u parove fotona u prisustvu dovoljno jakog magnetnog polja, što ih efektivno čini vidljivim. Otkrivanje viška svetlosti bez lako odredivog izvora u blizini moćnog magneta može biti znak raspada aksiona.
Neutronske zvezde imaju neverovatno jaka magnetna polja. Ovi objekti su jezgra masivnih zvezda koje su postale supernove, kolabirajući u vruće, ultraguste mase tako zgnječene zajedno da se ponašaju kao jedno atomsko jezgro veličine grada.
Magnetno polje koje izlazi iz ovog objekta je trilione puta snažnije od Zemljinog; dovoljno jak da vas ubije, ako druge karakteristike neutronske zvezde ne stignu tamo prve.
Pulsar je vrsta neutronske zvezde sa dodatnim obrtom: vrti se ludo velikim brzinama, često brzinom od milisekunde. Dok to radi, snažni snopovi radio-emisije izbijaju sa polova pulsara, tako da izgleda da pulsira u svemiru kao kosmički svetionik. Taj spin ima još jedan efekat: čini se da doprinosi snazi magnetnog polja neutronske zvezde.
Fizičar Dion Noordhuis sa Univerziteta u Amsterdamu i njegove kolege objavili su prošle godine rad u kojem su otkrili da su ove zvezde koje se brzo okreću sposobne da proizvedu 50-cifreni broj aksiona svakog minuta. Dok beže od zvezde, ove aksije bi prolazile kroz njeno magnetno polje i transformisale se u fotone, čineći pulsar samo malo svetlijim nego što bi trebalo da bude.
Analizirajući brojne pulsare, nisu bili u stanju da otkriju nikakvu dodatnu svetlost. To ne znači da ove hipotetičke čestice ne postoje; samo da, ako su aksioni prisutni, postoje stroža ograničenja za signal koji oni mogu proizvesti.
Aksioni zarobljeni ekstremnom gravitacijom zvezde takođe bi trebalo da proizvedu signal, prema novom radu koji nastavlja to prethodno istraživanje. Tokom vremena – možda milionskih godina – aksioni bi trebalo da se akumuliraju u blizini pulsara, koji traju tokom životnog veka neutronske zvezde, stvarajući slab, maglovit sloj na površini zvezde.
Prema analizi tima, ovi aksioni oblaci – ako postoje – trebalo bi da budu normalni za neutronske zvezde, što znači da su prisutni najviše, ako ne i svi. I trebalo bi da budu izuzetno guste, oko 20 redova magnitude veće od lokalne gustine tamne materije, što znači da bi trebalo da proizvedu potpis koji se može detektovati dok fotoni ne propuštaju.
Ne znamo sa sigurnošću u kom obliku bi ovaj potpis imao, ali tim je naveo dve glavne mogućnosti. Jedan je kontinuirani signal, uska linija u radio spektru pulsara na frekvenciji koja odgovara masi aksiona. Ne znamo kolika je ova masa, ali odsustvo linije u spektru bi moglo da je suzi.
Drugi je prasak svetlosti na kraju životnog veka neutronske zvezde, tačka u kojoj ona prestaje da emituje zračenje. Predviđeno je da će ovaj proces prirodno trajati trilione godina; Univerzum još nije dovoljno star da bi se to dogodilo, tako da je malo verovatno da ćemo uskoro primetiti bilo kakve aksionske eksplozije od umirućih neutronskih zvezda. To čini kontinuirani signal najboljom opkladom.
Kao i kod viška svetlosti, istraživači nisu uspeli da pronađu dokaze o aksionom oblaku neutronske zvezde oko obližnjih pulsara. Ali neotkrivanje je omogućilo najjača ograničenja do sada na masu aksiona unutar određenog opsega, bez oslanjanja na pretpostavku da su aksioni tamna materija.
Istraživanje takođe utire put za buduća pretraživanja, dajući nam nove načine da tražimo i razumemo svojstva ove misteriozne, neuhvatljive čestice.
