Timp de aproape un secol, materia întunecată a intrigat astronomii și fizicienii. Această substanță invizibilă constituie de fapt aproximativ 85% din materia din Univers și joacă un rol crucial în menținerea galaxiilor. Cu toate acestea, nimeni nu știe exact ce este. Cu toate acestea, cercetătorii de la Universitatea din California din Berkeley cred că au găsit o modalitate revoluționară de a dezlega acest mister. Cheia ar putea sta în explozia spectaculoasă a unei stele masive (sau supernove). Dacă o astfel de explozie ar avea loc în apropiere, ar putea produce un semnal detectabil care ar dezvălui natura materiei întunecate dacă am fi dispuși să observăm. Concluziile au fost prezentate într-un articol publicat în Physical Review Letters.
Materia întunecată este o substanță evazivă. Spre deosebire de materia obișnuită care formează stelele, planetele și chiar corpurile noastre, ea nu emite nici lumină, nici energie. Prin urmare, este invizibil pentru telescoapele convenționale. Oamenii de știință știu că există doar datorită influenței sale gravitaționale. De exemplu, fără materie întunecată, galaxiile așa cum le cunoaștem nu ar putea exista.
În ciuda deceniilor de cercetare, compoziția sa exactă rămâne un mister. Prin urmare, fizicienii lucrează pentru a identifica particulele care l-ar putea constitui. Una dintre cele mai promițătoare ipoteze este existența axionilor, particule extrem de ușoare care ar rezolva mai multe puzzle-uri fundamentale din fizică. Deși nu au fost încă detectate, sunt teoretic compatibile cu modelul standard al fizicii și ar putea explica cea mai mare parte a materiei întunecate prezente în Univers.
Aici intervin supernovele. O supernovă, explozia finală a unei stele masive, este unul dintre cele mai spectaculoase fenomene din Univers. Aceste evenimente eliberează energie colosală, comparabilă cu cea produsă de o întreagă galaxie într-o singură clipă. Cu toate acestea, dincolo de strălucirea lor, aceste explozii ar putea oferi indicii valoroase despre existența axionilor și, prin extensie, natura materiei întunecate. Mai exact, atunci când nucleul unei stele masive se prăbușește, se poate transforma într-o stea neutronică, un obiect extrem de dens, cu un câmp magnetic intens. În aceste condiții extreme, cercetătorii cred că axionii ar putea fi produși în cantități mari. Trecând prin câmpul magnetic înconjurător, aceste particule s-ar putea transforma apoi în raze gamma, un tip de lumină de foarte mare energie detectabilă de pe Pământ.
Cheia acestei descoperiri constă în detectarea acestor raze gamma produse de axioni. Astăzi, telescopul spațial Fermi, care orbitează în jurul Pământului, este unul dintre puținele instrumente capabile să detecteze astfel de semnale. Dacă în galaxia noastră a apărut o supernova și Fermi ar fi orientat în direcția corectă, atunci ar putea capta aceste raze gamma în câteva secunde de la explozie. O astfel de observație ar oferi informații cruciale despre axioni, inclusiv despre masa și proprietățile lor. Acest lucru nu numai că ar confirma existența lor, dar ar rezolva și unul dintre cele mai mari mistere ale fizicii moderne: materia întunecată.
Cu toate acestea, probabilitatea unei astfel de detectări rămâne scăzută. Pentru ca razele gamma să fie suficient de puternice, supernova ar trebui să fie relativ aproape, în galaxia noastră sau într-o galaxie satelit precum Marele nor al lui Magellan. Aceste evenimente sunt rare: ultima supernovă vizibilă din apropiere, numită SN 1987A, a avut loc în 1987. În plus, telescopul trebuie să fie orientat în direcția corectă în momentul exploziei, ceea ce reduce și mai mult șansele de succes.
Principala provocare pentru oamenii de știință este să ne asigurăm că suntem pregătiți atunci când apare următoarea supernova din apropiere. Astăzi, telescopul spațial Fermi poate monitoriza doar o mică parte a cerului la un moment dat. Aceasta înseamnă că există o șansă mare de a pierde semnalul gamma crucial, dacă o supernova s-ar produce într-o regiune neacoperită.
Pentru a remedia această problemă, cercetătorii propun construirea unei constelații de telescoape care detectează raadiațiile gamma capabile să monitorizeze permanent întregul cer. Acest proiect, denumit GALAXIS (instrument GALactic AXion pentru Supernova), ar asigura că nu pierdem niciun eveniment. O astfel de rețea necesită ani de planificare și investiții semnificative, iar următoarea supernova ar putea avea loc înainte ca acest proiect să fie realizat. Ideea că o supernova ar putea dezvălui materia întunecată adaugă un sentiment de urgență cercetării științifice. Cercetătorii știu că trebuie să acționeze rapid pentru a-și maximiza șansele. După cum subliniază Benjamin Safdi, fizician la Universitatea din California din Berkeley, și coautor al studiului: „Ar fi o adevărată rușine dacă mâine s-ar întâmpla o supernovă și am ratat ocazia de a detecta axionii.”
Între timp, oamenii de știință continuă să-și perfecționeze instrumentele și să dezvolte strategii pentru a fi gata să detecteze acest semnal rar, dar revoluționar.
