Οι ακτίνες Χ από άστρα νετρονίων μπορεί να σημαίνουν αξιόνια. Excess x-rays from neutron stars could lead to discovery of new particle

Οι προερχόμενες από άστρα νετρονίων μυστηριώδεις ακτίνες Χ, μπορεί να είναι η πρώτη απόδειξη ύπαρξης των αξιονίων, των υποθετικών σωματιδίων που πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι αποτελούν την σκοτεινή ύλη. Theoretical physicists suggest that never-before-observed particles called axions may be the source of unexplained, high-energy X-ray emissions surrounding a group of neutron stars. Image credit: Raphael.concorde, Wikimedia Commons

Αυτό υποστηρίζουν οι Malte Buschmann et al στην δημοσίευσή τους με τίτλο: «Axion Emission Can Explain a New Hard X-Ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars».

Τα αξιόνια είναι προς το παρόν θεωρητικά κατασκευάσματα. Η ύπαρξη των αξιονίων προβλέπεται από όλα τα υπερσυμμετρικά μοντέλα. Σπάνια αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια και γι αυτό δεν έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα. Θεωρητικά, τα αξιόνια μπορούν να δημιουργηθούν από τις συγκρούσεις άλλων σωματιδίων ή υπάρχουν φυσικά ως συστατικά της σκοτεινής ύλης. Τα αξιόνια προβλέπονται επίσης και από τη θεωρία χορδών η οποία επιχειρεί την ενοποιήσει τις δυνάμεις του σύμπαντος και να δείξει ότι όλα τα σωματίδια είναι στην πραγματικότητα δονήσεις μονοδιάστατων στοιχειωδών χορδών.

Το 2019 παρατηρήθηκε μια μυστηριώδης, ανεξήγητη αύξηση εκπομπής ακτίνων Χ από πολλά άστρα νετρονίων. Μια πρόταση για την ερμηνεία της περίσσειας εκπομπής των ακτίνων Χ ήταν ότι προκαλούνται από την παραγωγή αξιονίων στους πυρήνες των άστρων νετρονίων.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση του διαστημικού τηλεσκοπίου XMM-Newton που ανίχνευσε περίσσεια εκπομπή ακτίνων Χ από αστέρες νετρονίων. The XMM-Newton space telescope, shown above in an artistic rendering, detected unusually high levels of X-ray emission from nearby neutron stars. A team of scientists, including a University of Minnesota researcher, found that the excess of X-rays may be the first evidence of axions, hypothetical particles that could help physicists unravel several mysteries of the universe. Image courtesy of D. Ducros and the European Space Agency.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια προτεινόμενη θεωρία σχετικά με τα αξιόνια για να εξηγήσουν αυτό το φαινόμενο. Στην εν λόγω θεωρία τα αξιόνια παράγονται στον πυρήνα ενός άστρου νετρονίων ως υποπροϊόντα συγκρούσεων μεταξύ νετρονίων και πρωτονίων. Στη συνέχεια, τα σωματίδια εκτοξεύονται προς τα έξω στο ισχυρό μαγνητικό πεδίο του άστρου, όπου μετατρέπονται στα φωτόνια των ακτίνων Χ ενέργειας 2 έως 8 keV που ανιχνεύονται από τηλεσκόπια, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο XMM-Newton. Τα αξιόνια μεταφέρουν πολύ περισσότερη ενέργεια από τα φωτόνια που εκπέμπουν συνήθως τα άστρα νετρονίων. Τα παραγόμενα  στη συνέχεια φωτόνια από τα αξιόνια θα έχουν επίσης περισσότερη ενέργεια, εξηγώντας έτσι εξηγείται την απροσδόκητη αύξηση των ακτίνων Χ. Οι ερευνητές δεν ισχυρίζονται ότι ανακάλυψαν ήδη τα αξιόνια, αλλά υποστηρίζουν πως τα επιπλέον φωτόνια ακτίνων Χ μπορούν να εξηγηθούν από σωματίδια όπως τα αξιόνια.

Τα μέχρι στιγμής δεδομένα δεν επαρκούν για να αποδείξουν ότι οι εν λόγω ακτίνες Χ προέρχονται από αξιόνια, αλλά οι ερευνητές ελπίζουν ότι με περισσότερα δεδομένα και από άλλα τηλεσκόπια θα δοθεί οριστική απάντηση στο άμεσο μέλλον.

Πηγές: Malte Buschmann, Raymond T. Co, Christopher Dessert, Benjamin R. Safdi. Axion Emission Can Explain a New Hard X-Ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars. Physical Review Letters, 2021; 126 (2) DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.021102 - https://news.umich.edu/excess-x-rays-from-neutron-stars-could-lead-to-discovery-of-new-particle/ - https://cse.umn.edu/college/news/excess-x-rays-neutron-stars-could-lead-discovery-new-particle - https://physicsgg.me/2021/01/18/