По-близо от всякога до откриването на частици тъмна материя

Нов хитър трик за търсене на аксиони в междугалактически експеримент

Ваня Милева Последна промяна на 21 август 2025 в 00:00 156 0

Галактики с черни дупки

Кредит Lidiia Zadorozhna
Галактиките с черни дупки излъчват енергия и светлина, включително гама лъчи (γ) (ляв панел). Ако съществуват аксиони, някои от γ-лъчите хипотетично биха се превърнали в аксиони (а), докато преминават през магнитните полета, обграждащи клъстери от галактики. Но тъй като тези магнитни полета са много сложни, е невъзможно да се предвиди подобно превръщане в аксиони с едно наблюдение, което води до объркани данни (централен панел). Но чрез комбиниране на информация от много от тези галактически двойки се появява стъпаловидна сигнатура (десен панел). 

С помощта на гигантските магнитни полета на галактически купове физици са започнали да наблюдават далечни черни дупки в търсене на неуловима частица, която озадачава учените от десетилетия.

Най-тежките структури във Вселената, галактическите купове, те са квадрилион пъти по-масивни от Слънцето. А аксионите, загадъчни теоретични частици, са много, много по-леки дори от най-лекия атом.

Аксионът е хипотетична елементарна частица, която би могла да крие ключа към разбирането на тъмната материя - неизвестна материя, за която се смята, че заема около 80% от масата в нашата Вселена.

Никой все още не е доказал съществуването на аксиони, това е убягвало на изследователите в продължение на десетилетия. Но с хитър номер, включващ далечните галактики, физиците от университета в Копенхаген вероятно стигат по-близо до това от всякога.

Вместо да използват ускорител на частици на Земята, като този в ЦЕРН, изследователите са се насочили към космоса и го използват като вид гигантски ускорител на частици. По-конкретно, те търсели електромагнитно излъчване, излъчвано от ядрата на далечни и много ярки галактики, всяка от които със свръхмасивна черна дупка в центъра си.

След това те наблюдават това лъчение, докато то преминава през огромните магнитни полета, открити в галактическите клъстери, където част от него хипотетично би могла да се трансформира в аксиони. Тази трансформация би оставила след себе си малки, случайни флуктуации в данните. Но всеки сигнал е толкова слаб, че сам по себе си се губи в фоновия шум на Вселената.

Затова изследователите въвеждат нова концепция. Те наблюдават общо 32 свръхмасивни черни дупки, разположени зад галактически клъстери, и след това комбинирали данните от своите наблюдения.

Когато изследователите започват да изследват данните си, са били изненадани да открият модел, който наподобявал сигнатурата на неуловимата аксионна частица.

"Обикновено сигналът от такива частици е непредсказуем и се появява като случаен шум. Но ние осъзнахме, че чрез комбиниране на данни от много различни източници, сме успели да трансформираме целия този шум в ясен, разпознаваем модел“, обяснява Олег Ручайски (Oleg Ruchayskiy), доцент в Института „Нилс Бор“ към Университета в Копенхаген и старши автор на статия в Nature Astronomy за търсенето на следи от аксиони.

"Появява се като уникален стъпаловиден модел, който показва как би могла да изглежда тази конверсия. Виждаме го само като намек за сигнал в нашите данни, но все пак е много интригуващо и вълнуващо. Може да се нарече космически шепот, вече достатъчно силен, за да се чуе", добавя Ручайски

По-близо от всякога до откриването на тъмната материя

Въпреки че разкритата от учените закономерност не е категорично доказателство за съществуването на аксиони, изследването на Ручайски и колегите му ни доближава до разбирането какво представлява тъмната материя.

"Този метод значително разшири познанията ни за аксионите. Той ни позволи да картографираме голяма област, за която знаем, че не съдържа аксиона, което стеснява пространството, където той може да бъде открит“, обяснява постдокторантът Лидия Задорожна (Lidiia Zadorozhna), стипендиантка по програма „Мария Кюри“ в Института „Нилс Бор“, която е един от водещите автори на новата статия.

Въпреки че този експеримент се фокусира върху специфичен вид електромагнитно лъчение, именно гама-лъчите, методът може да се използва и при други видове лъчение, като рентгенови лъчи.

"Толкова сме развълнувани, защото това не е еднократен напредък. Този метод ни позволява да надхвърлим предишните експериментални граници и ни отвори нов път за изучаване на тези неуловими частици. Техниката може да бъде повторена от нас, от други групи, в широк диапазон от маси и енергии. По този начин можем да добавим още парчета към пъзела за обяснение на тъмната материя", заявява Задорожна.

Справка: Constraints on axion-like particles from active galactic nuclei seen through galaxy clusters, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02621-8

Източник: Intergalactic experiment: Researchers hunt for mysterious dark matter particle with clever new trick, University of Copenhagen

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Космос

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !