V srdci zhluku galaxií vzdialenom 200 miliónov svetelných rokov sa astronómom nepodarilo zistiť hypotetické častice nazývané axióny.
To kladie nové obmedzenia na to, ako si myslíme, že tieto častice fungujú, ale má to aj dosť vážne dôsledky pre teóriu strún a vývoj Teórie všetkého, ktorá popisuje fungovanie fyzického vesmíru.
Vedci prišli s celkom peknými teóriami, pokiaľ ide o pochopenie fungovania vesmíru. Jedným z nich je všeobecná teória relativity, ktorá popisuje, ako fyzika funguje na makroúrovni. Druhou je kvantová mechanika, ktorá popisuje, ako sa veci správajú na atómovej a subatomárnej úrovni.
Veľkým problémom je, že tieto dve teórie spolu nevychádzajú. Všeobecnú teóriu relativity nemožno znížiť na kvantovú úroveň a kvantovú mechaniku nemožno rozšíriť. Existuje veľa pokusov o to, aby sa z nich stali priatelia, a to rozvíjaním takzvanej Teórie všetkého.
Jedným z najsľubnejších kandidátov na vyriešenie rozdielu medzi všeobecnou relativitou a kvantovou mechanikou je takzvaná teória strún, ktorá spočíva vo výmene bodových častíc vo fyzike častíc za drobné vibrujúce jednorozmerné struny.
Mnoho modelov teórie strún navyše predpovedá existenciu axiónov, častíc s veľmi nízkou hmotnosťou, o ktorých sa prvý krát uvažovalo v 70. rokoch minulého storočia, aby sa zaoberali otázkou, prečo silné atómové sily sledujú takzvanú symetriu parity náboja, keď väčšina modelov tvrdí, že nie. . Ako sa ukázalo, teória strún tiež predpovedá viac častíc, ktoré sa správajú ako osi, nazývané častice podobné axiónom.
Jednou z vlastností axiálnych častíc je, že sa pri prechode magnetickým poľom môžu zmeniť na fotón; naopak, fotóny sa pri prechode magnetickým poľom môžu zmeniť na častice podobné axiónom. Pravdepodobnosť, že k tomu dôjde, závisí od mnohých faktorov, vrátane sily magnetického poľa, prejdenej vzdialenosti a hmotnosti častice.
Vedci použili röntgenové observatórium Chandra na štúdium aktívneho jadra galaxie NGC 1275, ktoré leží asi 237 miliónov svetelných rokov ďaleko v strede kupy galaxií zvanej Perseus cluster.
Ich pozorovania počas ôsmich dní skončili s malými alebo žiadnymi znalosťami o čiernej diere. Potom si však uvedomili, že tieto údaje sa dajú použiť na hľadanie častíc podobných axiónu.
„Röntgenové svetlo z NGC1275 musí prechádzať horúcim plynom zhluku Perseus a tento plyn je magnetizovaný,“ vysvetlil Reynolds.
Magnetické pole je pomerne slabé (10 000-krát slabšie ako magnetické pole na povrchu Zeme), ale fotóny musia cez toto magnetické pole prekonať veľkú vzdialenosť. To znamená, že existuje veľká príležitosť na premenu týchto fotónov na častice podobné axiálnym časticiam (za predpokladu, že častice podobné axiálnym časticiam majú dostatočne nízku hmotnosť). ““
Pretože pravdepodobnosť konverzie závisí od vlnovej dĺžky fotónu, pozorovania by mali odhaliť skreslenie, pretože niektoré vlnové dĺžky sa konvertujú efektívnejšie ako iné.
Vedcom trvalo asi rok usilovnej práce, ale nakoniec sa také skreslenie nezistilo.
To znamená, že vedci môžu vylúčiť existenciu axiónov v hmotnostnom rozmedzí, na ktoré boli ich pozorovania citlivé – až do jednej miliardtiny hmotnosti elektrónu.
„Naša štúdia nevylučuje existenciu týchto častíc, ale určite nepomáha teórii strún,“ uviedla astronómka Helen Russell z University of Nottingham vo Veľkej Británii.
Štúdia bola publikovaná v Astrophysical Journal.
Zdroje: Foto: NASA / CXC / SAO / E.Bulbul a kol.
