Materia, której nie widać
Zgodnie z hipotezami, aksjony są cząsteczkami o niezwykle małej masie – miliardy razy mniejszej niż masa protonu. Poza tym, nie posiadają one ładunku elektrycznego. Choć aksjony powinny być porozrzucane po całym kosmosie, nie wchodzą one w interakcje z innymi rodzajami materii. Być może dlatego dotychczas nie udało się odnaleźć bezpośrednich dowodów na ich istnienie ani ich wykryć.
Aksjony po raz pierwszy zaproponowano w roku 1977 roku. Wówczas dwójka fizyków – Roberto Peccei oraz Helen Quinn – stwierdziła, że cząsteczki te mogą tłumaczyć, dlaczego neutrony nie wchodzą w interakcje z polami elektromagnetyczymi, choć powinny. Ich zdaniem aksjony mogą te interakcje blokować.
Z czasem astronomowie zdali sobie także sprawę z tego, że to aksjony mogą być tajemniczymi cząsteczkami tworzącymi ciemną materię – rzecz jasna, o ile istnieją. Dekady astronomicznych obserwacji pokazały, że galaktyki zlokalizowane we Wszechświecie posiadają większą masę niż powinny. Dlatego stwierdzono, że poza widoczną materią muszą zawierać one materię niewidoczną, dzięki której utrzymują swój kształt – nazwaną ostatecznie ciemną materią. Od dawna dyskutuje się, czym tak w zasadzie ta ciemna materia może być, a aksjony często były tematem tych dyskusji.
Aksjony z Betelgezy
Chociaż jak wspomniałam aksjony nie powinny być w stanie wchodzić w interakcje z innymi cząsteczkami, zgodnie z niektórymi teoriami istnieje mała szansa, że fotony, czyli cząsteczki światła, mogą zamieniać się w aksjony i na odwrót w obecności silnego pola magnetycznego. A gdzie można znaleźć zarówno duże ilości fotonów, jak i silne pola magnetyczne? Rzecz jasna w jądrach gwiazd. Zdaniem pewnych badaczy Betelgeza, o masie 20 razy większej niż masa Słońca, może być dosłownie fabryką aksjonów.
Betelgeza to gwiazda, której nazwa zapewne obiła się o uszy nawet tym osobom, które nie są miłośnikami astronomii. Ta znajduje się zaledwie 500-600 lat świetlnych od Ziemi, czyli stosunkowo blisko, a na niebie widać ją w gwiazdozbiorze Oriona. W zeszłym roku Betelgeza stała się bohaterką wielu nagłówków, bowiem wcześniej jej jasność zaczęła nagle, w tajemniczy sposób spadać.
Zdaniem pewnych astronomów, jeśli aksjony powstają wewnątrz Betelgezy, te powinny być w stanie uciekać na zewnątrz i zmierzać w kierunku Ziemi, i to w dużych ilościach. Poprzez interakcje z naturalnym polem magnetycznym Drogi Mlecznej te mogą przekształcać się ponownie w fotony, fotony rentgenowskiej części spektrum elektromagnetycznego. Jako że Betelgeza jest stosunkowo starą gwiazdą, ta nie powinna emitować dużo promieniowania rentgenowskiego. Zatem, wykrycie takiego promieniowania w dużych ilościach mogłoby świadczyć o obecności aksjonów.
Kolejne rozczarowujące poszukiwania
Mengjiao Xiao, fizyk z MIT, wraz ze swoim zespołem wykorzystał należący do NASA satelitę NuSTAR (ang. Nuclear Spectroscopic Telescope Array), zawierającego teleskop kosmiczny przeznaczony do obserwacji wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, by przyjrzeć się Betelgezie. Niestety, w rezultacie nie dostrzeżono ponadprogramowych ilości promieniowania X. Ich odkrycia sugerują, iż prawdopodobieństwo, że fotony i aksjony wchodzą ze sobą w interakcje, jest co najmniej 3 razy mniejsze niż wcześniej sądzono.
Cóż, nawet jeśli z pomocą teleskopu NASA wykryto by nieoczekiwane ilości promieniowania rentgenowskiego, niekoniecznie wskazywałoby to na obecność aksjonów. Naukowcy musieliby bowiem wykluczyć jeszcze inne potencjalne wyjaśnienia takiej sytuacji – wyjaśnienia nie dotyczące ciemnej materii.
Kto wie, może aksjony faktycznie istnieją. Zdaniem Xiao jeśli kiedyś uda się je odkryć, być może wówczas uda się lepiej poznać Betelgezę oraz inne gwiazdy.
Źródło: Live Science, fot. tyt. ESO/L. Calçada