Сверхгигант Бетельгейзе может производить частицы темной материи

Вот уже несколько десятилетий ученые пытаются понять природу темной материи – гипотетической субстанции, которая ответственна за структуру Вселенной но не поддается прямому наблюдению, так как не вступает в электромагнитное взаимодействие. Считается, что темная материя составляет 85% всей материи в наблюдаемой Вселенной, вот только измерить ее можно лишь косвенно. Недавно физики из Чикагского университета разработали устройства, способные обнаружить слабые сигналы от субатомных частиц, в том числе «аксионов» – частиц массой в одну миллионную или миллиардную электрона, которые могут входить в состав темной материи. Исследователи полагают, что их изобретение значительно ускорит поиски этой таинственной субстанции, но есть и другие способы. Так, ученые из Массачусетского технологического института (MIT) обратили внимание на ближайшую к нашей планете звезду – Бетельгейзе. Они предполагают, что в ядре раскаленного красного сверхгиганта может находиться самая настоящая «фабрика аксионов». И если эти гипотетические частицы действительно образуются в столь экстремальной среде, они должны быть способны вырваться наружу и устремиться в большом количестве к Земле.

Наглядная иллюстрация таинственного затемнения Бетельгейзе (Фото: NASA). Авторы нового исследования полагают, что раскаленное ядро звезды может оказаться самой настоящей «фабрикой аксионов».

Частицы темной материи

Впервые существование аксионов было предсказано в 1977 году, но большое внимание эти субатомные частицы привлекли в последние десятилетия. Сегодня они являются популярным способом объяснить существование темной материи. Интересно, что свойства аксионов плохо определены, известно лишь, что они практически не взаимодействуют с обычной материей и обладают массой. Несмотря на то, что свидетельств существования аксионов на сегодняшний день обнаружено не было, их поиском занимаются сразу несколько независимых исследовательских команд.

Необходимо также отметить, что помимо аксионов, существует множество косвенных способов, позволяющих определить существование темной материи: от эффектов скрытой массы (их просто объяснить с помощью существования во вселенной больших объемов неизлучающего вещества), до особенностей в данных по наблюдению за реликтовым микроволновым излучением.

Согласно ведущей космологической теории, примерно 85% массы Вселенной состоит из материала, который ученые не могут непосредственно наблюдать. Эта гипотетическая материя, сегодня известная всему миру как таинственная темная материя, не излучает ни света, ни энергии.

Сердце Бетельгейзе – фабрика аксионов

Согласно результатам исследования, результаты которого были представлены в ходе встречи American Physical Society’s April meeting, фотоны и аксионы практически не взаимодействуют – в три раза меньше, чем считалось ранее. В ходе исследования для поиска рентгеновской сигнатуры, исходящей от Бетельгейзе, был использован космический ядерный спектроскопический телескоп NASA (NuSTAR).

«Термоядерное ядро звезды – хорошее место для обнаружения большого количества как фотонов, так и магнетизма, и Бетельгейзе, масса которой в 20 раз превышает массу Солнца, вполне может быть «тем, что мы называем фабрикой аксионов», – отметил ведущий автор исследования Мэн Цзяо Сяо в интервью Live Science.

Бетельгейзе – ярко-красная точка в созвездии Ориона является хорошо изученной звездой. С космологической точки зрения этот красный сверхгигант находится достаточно близко к Земле, расположившись от нее всего в 520 световых годах. В прошлом году Бетельгейзе попала в заголовки мировых СМИ когда начала тускнеть. Это событие вызвало переполох, так как некоторые исследователи предполагали, что в скором будущем наша звездная соседка превратится в сверхновую.

Атмосфера Бетельгейзе выглядит так. Фото NASA, ESA

Поскольку Бетельгейзе звезда горячая и большая, ее ядро может являться идеальным местом для поиска аксионов, которые могут иметь, возможно, миллионную или даже миллиардную массу электрона. Существует также небольшая вероятность того, что фотоны или легкие частицы могут превращаться в аксионы в присутствии сильного магнитного поля. «Взаимодействуя с естественным магнитным полем галактики Млечный Путь, эти аксионы могут быть преобразованы обратно в фотоны в рентгеновской части электромагнитного спектра», – отмечает Сяо.

Так как Бетельгейзе находится на той стадии своей эволюции, когда не излучает много рентгеновского света, любое исходящее от нее излучение может указывать на присутствие аксионов. Но даже если бы исследователи увидели неожиданные рентгеновские лучи, исходящие от звезды, это не обязательно означало бы, что аксионы реальны. Многие ученые отмечают, что им все равно придется исключить многие объяснения сигнала, не связанные с темной материей, прежде чем речь пойдет об открытии новых субатомных частиц.