Wyniki badań prowadzonych przez zespół naukowców z Uniwersytetu Amsterdamskiego, Uniwersytetu Princeton i Uniwersytetu Oxford ukazały się w czasopiśmie „Physical Review X” i są kontynuacją wcześniejszej pracy, w której autorzy również analizowali aksjony i gwiazdy neutronowe.

Poprzednio badacze zastanawiali się nad aksjonami, które mogłyby uciekać z gwiazdy neutronowej, natomiast teraz skupili się nad aksjonami przechwyconymi przez grawitację gwiazdy neutronowej. Wraz z upływem czasu cząstki te powinny stopniowo formować chmurę wokół obiektu. Okazuje się, że takie obłoki mogą być obserwowalne przez teleskopy.

Dlaczego aksjony tak interesują fizyków? Są to hipotetyczne cząstki, nikt ich do tej pory nie wykrył. Ich istnienie zaproponowano w latach 70. ubiegłego wieku w celu rozwiązania problemu z neutronami (brak obserwowalnego momentu dipolowego neutronu). Jeśli aksjony faktycznie istnieją, powinny być ekstremalnie lekkie, a przez to niezwykle trudne do wykrycia.

Współcześnie aksjony to także jeden ze sposobów na wytłumaczenie tajemniczej ciemnej materii. Badania Wszechświata pokazują, że około 85 proc. materii jest „ciemna” – nie jest zrobiona z jakiegokolwiek rodzaju znanej nam materii, którą jesteśmy w stanie obserwować.

O istnieniu ciemnej materii wnioskujemy pośrednio poprzez wpływ grawitacyjny, jaki wywiera na zwykłą materię. Nie wyklucza to innych oddziaływań ciemnej materii ze zwykłą materią, ale jeśli takowe istnieją, to powinny być niezwykle słabe, skoro nie potrafimy ich jak dotąd wykryć. Jako jedno z możliwych wytłumaczeń pojawiają się więc tutaj aksjony.

Żeby to sprawdzić naukowo, musi być jakiś sposób na zaobserwowanie efektów oddziaływań z aksjonami. Według hipotez, gdy aksjony są wystawione na działanie pól elektrycznych i magnetycznych, powinny być w stanie zmieniać się w fotony, cząstki światła (i odwrotnie: fotony powinny móc konwertować się w aksjony w pewnych warunkach). Skoro taki hipotetyczny proces jest bardzo słabo wykrywalny, to idealnie byłoby mieć bardzo silne pola elektromagnetyczne i wielkie ilości aksjonów. Stąd pomysł z gwiazdami neutronowymi.

Gwiazdy neutronowe mają masy porównywalne ze Słońcem, ale materia jest skupiona w kulach o średnicach 12-15 km. Materia jest tam niezwykle gęsta. Wokół gwiazd neutronowych wytwarzają się pola magnetyczne miliardy razy silniejsze niż te, które znamy na Ziemi. Według opisywanych badań, jeśli aksjony istnieją, te pola magnetyczne powinny pozwalać gwiazdom neutronowym na masową produkcję aksjonów blisko powierzchni.

Według autorów, aksjony (wyprodukowane lub przechwycone przez gwiazdę) powinny pozostawać przy gwieździe neutronowej w skalach czasowych milionów lat i ulegać akumulacji wokół gwiazdy, a to powinno prowadzić do formowania się chmur aksjonów i tym samym dać szansę na próbę ich wykrycia.

Taki sygnał mógłby być stały przez większą część życia gwiazdy neutronowej, albo w formie jednorazowego błysku światła pod koniec życia obiektu, gdy przestaje wytwarzać promieniowanie elektromagnetyczne.

W kolejnych krokach naukowcy spróbują zbadać, w jaki sposób aksjony mogą wpływać na własności gwiazd neutronowych oraz przeprowadzić symulacje numeryczne chmur aksjonów, a także przeanalizować sytuację w przypadku gwiazd neutronowych występujących w układach podwójnych z inną gwiazdą neutronową lub czarną dziurą. Potwierdzeniem czy hipotezy o aksjonach są poprawne byłoby obserwacyjne wykrycie przewidywanego sygnału.(PAP)

cza/ agt/