Materia întunecată, substanța misterioasă care reprezintă aproximativ 85% din masa Universului, intrigă oamenii de știință de zeci de ani. Deși nu o putem observa direct, efectele sale gravitaționale sunt vizibile la scară largă, influențând rotația galaxiilor și formarea structurilor cosmice. Dar ce este această materie invizibilă? O echipă de fizicieni de la universitățile din Amsterdam, Princeton și Oxford consideră că răspunsul s-ar putea afla în particulele evazive numite axioni, care ar putea fi observate cu ajutorul stelelor neutronice, obiecte stelare ultradense și puternice. Concluziile au fost prezentate într-un articol publicat în Physical Review X.
Materia întunecată este o formă de materie care nu emite lumină sau orice altă formă de radiație detectabilă. Cu toate acestea, existența sa a fost dedusă prin observarea efectelor gravitaționale pe care le exercită asupra materiei vizibile. De exemplu, galaxiile se rotesc la o viteză care nu poate fi explicată prin cantitatea de materie pe care o putem vedea. Această viteză sugerează că o mare parte din masa lor este invizibilă și nedetectată de instrumentele noastre: aceasta este ceea ce se numește materie întunecată. Deși existența sa este larg acceptată, compoziția exactă a materiei întunecate rămâne un mister.
Există mai multe teorii cu privire la ceea ce ar putea fi aceasta, iar una dintre cele mai promițătoare idei se referă la axioni, o particulă teoretică propusă pentru prima dată în anii 1970. Axionii au fost teoretizați pentru a rezolva o problemă specifică legată de comportamentul neutronilor, o particulă bine cunoscută din modelul standard al fizicii. Numele lor, inspirat de o marcă de săpun, reflectă ideea că ar putea rezolva o problemă de simetrie în fizică. Cu toate acestea, în timp, aceste particule mici s-au dovedit și mai interesante dintr-un alt motiv: au devenit candidați importanți pentru explicarea materiei întunecate. Principala provocare în ceea ce privește axionii este că sunt extrem de ușori și interacționează foarte slab cu materia obișnuită. Acest lucru le face extrem de dificil de detectat. Până în prezent, nimeni nu a reușit să le observe direct, în ciuda numeroaselor experimente de laborator. Cu toate acestea, oamenii de știință continuă să exploreze noi metode de detectare a lor.
Aici intervin stelele neutronice. Aceste obiecte, rezultate din moartea unor stele masive, sunt printre cele mai dense din Univers. De fapt, aceste stele sunt atât de compacte încât concentrează masa Soarelui într-o sferă de doar 12-15 kilometri diametru. Această densitate incredibilă creează un mediu cu câmpuri magnetice extrem de puternice, de miliarde de ori mai intense decât cele de pe Pământ, ceea ce ne aduce înapoi la acest studiu. Oamenii de știință cred că aceste câmpuri magnetice ar putea facilita producția în masă de axioni în jurul stelelor neutronice. Studiile anterioare au analizat deja ideea că, odată produși, acești axioni ar putea scăpa în spațiu. În această nouă lucrare, cercetătorii au explorat o altă posibilitate: aceste particule ar putea fi capturate de gravitația imensă a stelei neutronice, formând un nor dens în jurul acesteia.
Acest nor de axioni ar putea oferi o nouă oportunitate de a detecta aceste particule evazive. Spre deosebire de alte locuri din Univers unde axionii pot fi prezenți în cantități foarte mici, acești nori din jurul stelelor neutronice sunt extrem de denși. Această densitate ar putea produce semnale detectabile de telescoapele terestre, în special sub formă de lumină sau radiații electromagnetice. Aceste semnale s-ar putea manifesta în două moduri. Pe de o parte, un semnal continuu ar putea fi observat pe toată durata de viață a stelei neutronice. Pe de altă parte, la sfârșitul vieții stelei, când aceasta încetează să emită energie sub formă de radiații electromagnetice, ar putea apărea un singur flash de lumină, permițând oamenilor de știință să verifice prezența axionilor și să afle mai multe despre proprietățile lor.
Deși nu au fost efectuate încă observații directe ale acestor nori de axioni, cercetătorii știu acum exact ce trebuie să caute. Următorii pași includ utilizarea unor telescoape puternice, precum cele folosite în radioastronomie, pentru a încerca să detecteze aceste semnale slabe. Dacă oamenii de știință reușesc să observe acești nori de axioni, s-ar putea deschide o nouă eră în înțelegerea materiei întunecate și a particulelor care alcătuiesc Universul nostru.
Cercetări suplimentare sunt, de asemenea, în curs de desfășurare pentru a modela numeric acești nori și a rafina predicțiile cu privire la tipurile de semnale pe care le-am putea observa. Aceste cercetări ar putea fi extinse și la sisteme mai complexe, cum ar fi stele neutronice care orbitează alte stele sau găuri negre, care ar putea oferi și mai multe indicii despre natura axionilor.
