U oktobru 2022. godine, naučnici su otkrili eksplozivnu smrt zvezde udaljene 2,4 milijarde svetlosnih godina koja je bila svetlija od bilo koje ikada zabeležene.
Kako se jezgro zvezde srušilo u crnu rupu, eksplozija gama zraka koju je emitovala zvezda – događaj pod nazivom GRB 221009A – eruptirao je sa energijama do 18 teraelektronvolti. Rafali gama zraka su već najsjajnije eksplozije koje naš Univerzum može da proizvede; ali GRB 221009A je bio apsolutni rekorder, zbog čega je dobio nadimak „ČAMAC“ – Najsjajniji svih vremena.
Međutim, nešto nije u redu sa slikom, smatra tim astrofizičara na čelu sa Đorđom Galantijem iz Nacionalnog instituta za astrofiziku (INAF) u Italiji. Na osnovu najsavremenijih modela Univerzuma, ne bismo trebali moći da vidimo fotone moćnije od 10 teraelektronvolti u podacima iz velike opservatorije za vazdušni tuš na velikim visinama (LHAASO) koja je izvršila detekciju.
Sa udaljenosti od 2,4 milijarde svetlosnih godina, fotoni sa energijama većim od 10 teraelektronvolti trebalo bi da budu snažno apsorbovani interakcijama sa drugim veoma moćnim fotonima u slabom svetlu između galaksija, takozvanom ekstragalaktičkom pozadinskom svetlu.
Pa šta sad? Pa, ceo nered jednostavno nestaje ako čestice nalik aksionima – jedan od vodećih kandidata za misterioznu tamnu materiju koja čini većinu mase u Univerzumu, kako predviđa teorija struna – uđu u mešavinu.
Nedavna analiza je predstavljena na 58. konferenciji Rencontres de Moriond u martu 2024. i sada je dostupna na serveru za preprint arKsiv.
„Mi… pokazujemo da je problem rešen ako uvedemo interakciju fotona sa česticama sličnim aksionima (ALP)“, piše tim u svom radu.
„ALP su predviđeni Teorijom struna, među najboljim su kandidatima za tamnu materiju i mogu proizvesti spektralne i polarizacione efekte na astrofizičke izvore u prisustvu spoljašnjih magnetnih polja.
„Konkretno, za GRB 221009A, oscilacije čestica nalik foton-aksionima se javljaju unutar ukrštenih magnetizovanih medija, tj. GRB 221009A i njegov posmatrani spektar.“
Tamna materija je jedno od najvećih pitanja koja imamo o Univerzumu. Kada uzmemo u obzir svu normalnu materiju – zvezde, gas, crne rupe, galaksije, stene, prašinu, sve što možemo direktno da otkrijemo – preostalo je previše gravitacije. Šta god da je to što stvara tu gravitaciju, ima mnogo više od normalne materije. Do oko 85 procenata mase Univerzuma je tamna materija.
Ne znamo šta je tamna materija, ali postoji mnogo mogućih kandidata. Aksioni su vodeći kandidat. Smatra se da se ove hipotetičke čestice ponašaju pomalo kao neutrini, jer nemaju mnogo interakcije sa normalnom materijom, što ih čini teškim za otkrivanje. Međutim, takođe se predviđa da će se ponašati kao tamna materija, tako da astrofizičari žele da pronađu dokaze o njihovom postojanju.
Galanti i njegove kolege su ranije pronašli dokaze o česticama nalik aksionima u svetlosti udaljenih blazara – izuzetno aktivnih galaksija koje sijaju svetlošću. Ali najsjajnija eksplozija gama zraka ikada viđena predstavljala je novu laboratoriju za potragu za aksionima.
Prema nedavnom modelu ekstragalaktičke pozadinske svetlosti, visokoenergetski fotoni gama zraka koji putuju na velike udaljenosti trebalo bi da stupaju u interakciju sa pozadinskim svetlom toliko snažno da ne može da dopre do nas. Prema proračunima istraživača, interakcije između fotona i aksiona trebalo bi da učine međugalaktički prostor transparentnijim za svetlost visoke energije.
Prema tome, činjenica da je LHAASO otkrio fotone na do 18 teraelektronvolti mogla bi predstavljati prvu indirektnu detekciju aksiona, kažu istraživači.
Zaključak će zahtevati još mnogo rada pre nego što bude potvrđen, pogotovo što neke druge pretrage nisu dale ništa. Ali imamo druga mesta za traženje; posebno, neutronske zvezde mogu da ispumpaju aksione velikom brzinom.
