Как исследовать гипотетические невидимые частицы? Один из способов – посмотреть, насколько быстро они могут уничтожать белые карлики — плотные, оставшиеся ядра мёртвых звёзд.
В последние годы астрономы всё больше интересуются теоретической частицей, известной как аксион. Эта концепция была разработана несколько десятилетий назад в попытке решить сложную проблему с сильным ядерным взаимодействием. Однако, после первых попыток обнаружить аксионы в экспериментах наCollider’ах, которые не увенчались успехом, идея отошла на второй план.
Тем не менее, дальнейшие исследования показали, что аксионы могут быть важным элементом, объясняющим загадку тёмной материи. Теоретики осознали, что аксионы могут заполнять Вселенную, но при этом избегать прямого обнаружения.
Хотя эта крошечная частица будет в значительной степени невидимой, это не значит, что она останется незамеченной во Вселенной. В исследовании, опубликованном на открытом доступе в ноябре 2025 года, учёные описали способ тестирования моделей аксионов, используя старые архивные данные телескопа «Хаббл». Хотя они не нашли доказательств существования аксионов, их работа значительно прояснила ситуацию и уточнила границы возможного в нашей Вселенной.
В качестве мишеней для этого исследования были выбраны белые карлики — плотные, тусклые ядра мёртвых звёзд. Один белый карлик может вмещать массу солнца в объект меньше Земли, что делает их одними из самых экзотических объектов во Вселенной. Важно отметить, что белые карлики поддерживают свою стабильность благодаря так называемому давлению электроны́х вырождения, при котором огромное количество свободно движущихся электронов сопротивляется коллапсу, поскольку, согласно квантовой механике, электроны не могут занимать одно и то же состояние.
Некоторые модели поведения аксионов предполагают, что эти частицы могут образовываться электронами: если электрон движется достаточно быстро, он может инициировать образование аксиона. А так как электроны в недрах белых карликов движутся с почти световой скоростью, они могут производить значительное количество аксионов.
Эти аксионы затем покидают белый карлик, что лишает его энергии. Поскольку белые карлики не производят энергии самостоятельно, это приводит к тому, что они остывают быстрее, чем могли бы при отсутствии аксионов.
Исследователи использовали эту модель охлаждения аксионов в сложном программном обеспечении, которое может симулировать эволюцию звёзд и изменения их температуры и яркости в процессе их эволюции. Эта модель позволила предсказать типичную температуру белого карлика в зависимости от его возраста как с учётом, так и без учёта аксионного охлаждения. Затем они обратились к данным о глобальном скоплении 47 Тукана, собранным с помощью «Хаббла». Глобальные скопления важны, поскольку все белые карлики в них образовались примерно в одно время, что даёт астрономам большую выборку для исследования.
В результате исследования не было найдено доказательства аксионного охлаждения в популяции белых карликов. Однако результаты предоставили новые ограничения на способность электронов производить аксионы: они не могут делать это более эффективно, чем раз в триллион попыток.
Этот результат не опровергает существование аксионов полностью, но указывает на маловероятность прямого взаимодействия электронов и аксионов. Таким образом, если мы собираемся продолжать поиски аксионов, нам придётся найти ещё более изобретательные способы их обнаружения.
В дальнейшем исследование аксионов и их возможного влияния на эволюцию звёзд будет оставаться приоритетной задачей для астрономов, открывающей новые горизонты в понимании скрытых компонентов Вселенной.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий