Iskanje narave temne snovi

Temna snov predstavlja več kot 85 odstotkov vse snovi v vesolju, a njena narava ostaja skrivnost. Domnevno je sestavljena iz doslej še neodkritih osnovnih delcev, ki jih iščejo z eksperimenti tako v vesolju kot na Zemlji. Nova raziskava, pri kateri je sodelovala Tanja Petrushevska iz Centra za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici, pa kaže, kako lahko raziskovalci za iskanje posebne vrste hipotetičnih delcev temne snovi uporabijo eksplozije zvezd.
 
Ena izmed hipotez pravi, da je temna snov vsaj delno sestavljena iz še neodkritih aksionov. Ti delci bi lahko bili lažji od drugih že znanih osnovnih delcev (z izjemo nevtrinov) in se lahko spreminjajo. Po mnenju znanstvenikov se, ko se gibljejo v magnetnem polju ali v bližini nabitih delcev, lahko aksioni spremenijo v fotone in obratno, fotoni v aksione.


 
Ta posebna lastnost ponuja zanimivo možnost, pri kateri lahko aksioni nastanejo ob eksploziji masivne zvezde ob koncu njenega življenja – to je supernovi. V središču eksplozije so ioni in protoni tesno stisnjeni skupaj, kar omogoči visokoenergijskim fotonom gama svetlobe, da se spremenijo v aksione. V tej aksionski obliki lahko hitro zapustijo gosto jedro in se na svoji dolgi poti skozi magnetna polja v vesolju polagoma vrnejo v obliko fotonov gama svetlobe, navaja nova študija, objavljena v publikaciji Physical Review Letters.
 
Kratke izbruhe sevanja gama lahko zazna instrument Large Area Telescope (LAT) na satelitu Fermi, ki nenehno pregleduje celotno nebo v gama svetlobi in v vsakem trenutku opazuje okoli 20 odstotkov neba. A težava pri kratkih, le nekaj deset sekund dolgih izbruhih je njihova nepredvidljivost, pojasnjujejo v centru v Novi Gorici.
 
V novi študiji raziskovalca Manuel Meyer iz Centra za fiziko astrodelcev v Erlangnu in Tanja Petrushevska z Univerze v Novi Gorici iščeta izbruhe gama svetlobe, ki se je sprožila zaradi nastanka aksionov, tako da iščeta korelacije med dogodki, opazovanimi z instrumentom Fermi LAT in podatki s tradicionalnih optičnih teleskopov, ki izvajajo preglede neba, namenjene iskanju supernov. Ti pregledi neba zaznajo na stotine supernov na leto. S teoretičnim modeliranjem ugašanja eksplozij supernov je raziskovalcema uspelo napovedati časovna okna, v katerih lahko pričakujemo izbruhe gama svetlobe, in znotraj njih tudi izvedla iskanje v podatkih, dobljenih s Fermi LAT. Ker v teh časovnih oknih izbruhov nista našla, sta lahko določila zgornjo mejo za moč interakcije med aksioni in fotoni. 


 
»Čeprav najina študija dopušča možnost, da delci aksionov tvorijo celotno temno snov, sva z njo preizkusila vrednosti njihovih potencialnih lastnosti (moč interakcije in maso aksionov), ki doslej še niso bile raziskane,« pravi Meyer, ki je bil odgovoren za analizo sevanja gama. »Najina študija za faktor dve izboljšuje prejšnje zgornje meje, postavljene na podlagi ne-detekcije izbruhov sevanja gama iz supernove, ki je leta 1987 eksplodirala v Velikem Magellanovem oblaku.« 
 
Raziskovalca pravita, da ostaja deset odstotkov možnosti, da Fermi LAT ni opazoval pravega dela neba v pravem trenutku, torej ko se je izbruh zgodil. »S pregledi neba, kot sta Zwicky Transient Facility in Observatorij Vere Rubin, ki je še v gradnji in pri katerem sodeluje tudi Univerza v Novi Gorici, je verjetnost, da bomo ob pravem času s Fermijem opazovali vsaj eno supernovo, skoraj stoodstotna,« pojasnjuje Tanja Petrushevska, ki raziskuje optične lastnosti supernov. In dodaja, da je to »ena izmed zanimivejših plati projekta: odpira nov način uporabe eksplozij supernov v drugih galaksijah za raziskovanje temeljne fizike«.


 
Raziskovalca, ki se poznata iz obdobja svojega delovanja na Univerzi v Stockholmu, upata, da bodo njuni rezultati spodbudili tesnejše sodelovanje med skupinami, ki izvajajo optične preglede neba, in skupinami, ki uporabljajo teleskope za gama svetlobo. V preteklosti med njihovim delom ni bilo veliko prekrivanja, vendar raziskovalca upata, da bodo njune raziskave pomagale to spremeniti.