В сърцето на галактически клъстер, отдалечен на 200 милиона светлинни години, астрономите не са успели да открият хипотетични частици, наречени аксиони.
Това поставя нови ограничения върху начина, по който смятаме, че тези частици работят, но има и доста сериозни последици за теорията на струните и развитието на Теорията на всичко, което описва как работи физическата вселена.
Учените излязоха с доста добри теории, когато става въпрос за разбиране на това как работи Вселената. Един от тях е общата теория на относителността, която описва как работи физиката на макро ниво. Другата е квантовата механика, която описва как се държат нещата на атомно и субатомно ниво.
Големият проблем е, че двете теории не се разбират. Общата теория на относителността не може да бъде намалена до квантово ниво и квантовата механика не може да бъде разширена. Има много опити да ги накарате да станат приятели чрез разработване на така наречената Теория на всичко.
Един от най-обещаващите кандидати за разрешаване на разликите между общата теория на относителността и квантовата механика е така наречената теория на струните, която включва заместване на точкови частици във физиката на частиците с малки, вибриращи едномерни струни.
Освен това много модели на теория на струните предсказват съществуването на аксиони, частици с ултраниска маса, за първи път хипотезирани през 70-те години, за да се обърне внимание на въпроса защо силните атомни сили следват така наречената симетрия на паритета на заряда, когато повечето модели казват, че не го правят. . Както се оказва, теорията на струните също предсказва повече частици, които се държат като аксиони, наречени аксоноподобни частици.
Едно от свойствата на аксионоподобните частици е, че те могат да се превърнат във фотон, когато преминат през магнитно поле; обратно, фотоните могат да се превърнат в частици, подобни на аксион, когато преминат през магнитно поле. Вероятността това да се случи зависи от редица фактори, включително силата на магнитното поле, изминатото разстояние и масата на частиците.
Учените са използвали рентгеновата обсерватория Чандра за изследване на активното ядро на галактиката NGC 1275, което се намира на около 237 милиона светлинни години в центъра на куп галактики, наречен куп Персей.
Наблюденията им в продължение на осем дни завършиха с почти никакви познания за черната дупка. Но след това осъзнаха, че данните могат да се използват за търсене на аксионоподобни частици.
“Рентгеновата светлина от NGC1275 трябва да премине през горещия газ на клъстера Персей и този газ се магнетизира”, обясни Рейнолдс.
Магнитното поле е относително слабо (10 000 пъти по-слабо от магнитното поле на повърхността на Земята), но фотоните трябва да изминат голямо разстояние през това магнитно поле. Това означава, че има достатъчно възможности за превръщане на тези фотони в аксионоподобни частици (при условие, че аксионоподобните частици имат достатъчно ниска маса). “
Тъй като вероятността за преобразуване зависи от дължината на вълната на фотона, наблюденията трябва да разкрият изкривяване, тъй като някои дължини на вълната се преобразуват по-ефективно от други.
Изследователите отнеха около година старателна работа, но в крайна сметка не беше открито такова изкривяване.
Това означава, че учените могат да изключат съществуването на аксиони в масовия диапазон, към който техните наблюдения са били чувствителни – до една милиардна маса от електрона.
“Нашето проучване не изключва съществуването на тези частици, но със сигурност не помага на теорията на струните”, каза астрономът Хелън Ръсел от Университета в Нотингам във Великобритания.
Изследването е публикувано в Astrophysical Journal.
Източници: Снимка: NASA / CXC / SAO / E.Bulbul, et al.
