“بهترین سناریوی ممکن برای آکسیونها این است که فرمی (تلسکوپ فضایی) یک ابرنواختر را رصد کند. فقط این احتمال کم است.”
اشعههای گاما که از ستارههای نوترونی در قلب انفجارهای ابرنواختری منتشر میشوند، ممکن است بتوانند معمای ماده تاریک را تنها در عرض ۱۰ ثانیه حل کنند. البته این در صورتی است که ماده تاریک از آکسیونها تشکیل شده باشد؛ ذرات فرضی سبکی که در حال حاضر یکی از مهمترین کاندیداهای تشکیلدهنده ماده تاریک هستند.
تیمی از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی که این نظریه را ارائه داده است، معتقد است اگر این ایده درست باشد، یک ابرنواختر که در فاصلهای نزدیک به زمین منفجر شود، میتواند به ما این امکان را بدهد که انتشار نور پرانرژی آن را رصد کنیم، جرم آکسیونها را تأیید کنیم و به این ترتیب، کل معمای ماده تاریک را حل کنیم.
ابرنواختری که برای این کار نیاز است باید حاصل مرگ و انفجار یک ستاره بزرگ باشد که یا در کهکشان راه شیری یا یکی از کهکشانهای اقماری آن، مانند ابر ماژلانی بزرگ، رخ دهد. چنین رویدادهایی بهطور میانگین هر چند دهه یکبار اتفاق میافتند. آخرین ابرنواختر نزدیک، به نام SN 1987A، در سال ۱۹۸۷ در ابر ماژلانی بزرگ رخ داد.
اگر پژوهشگران درست بگویند، جستجوی ماده تاریک که دهههاست ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده، ممکن است در آینده نزدیک و با کمی خوششانسی حل شود.
برای شناسایی اشعههای گامای نشانهگذار، لازم است تلسکوپ فضایی گامای فرمی به سمت ابرنواختر نزدیک هنگام انفجار آن نشانه رود. با در نظر گرفتن میدان دید تلسکوپ فرمی، احتمال چنین رخدادی تنها ۱ به ۱۰ است.
این تیم معتقد است که تنها یک رصد اشعههای گاما از یک ستاره نوترونی در مرکز بقایای ابرنواختری کافی است تا جرم آکسیون را از میان گستره وسیعی از جرمهای نظری که تاکنون برای این ذرات فرضی پیشنهاد شدهاند، تعیین کند. بهویژه آنها به دنبال نوعی از آکسیون به نام «آکسیون QCD» هستند. برخلاف دیگر آکسیونهای فرضی، جرم آکسیون QCD به دما وابسته است.
چرا اشعههای گاما؟
مسئله ماده تاریک برای دانشمندان بسیار پیچیده است، زیرا جرم آن پنج برابر جرم ماده معمولی در جهان است. این موضوع قابلتوجه است، زیرا تمام ستارگان، ابرهای غبار کیهانی، سیارات، انسانها، حیوانات و اشیای بیجان از ماده معمولی ساخته شدهاند.
ماده تاریک همچنین پیچیده است، زیرا با نور برهمکنش ندارد – یا اگر دارد، این تعامل بسیار ضعیف است و نمیتوانیم آن را ببینیم. این موضوع ماده تاریک را عملاً نامرئی میکند. با ادامه جستجوی ذرات تشکیلدهنده ماده تاریک، آکسیونها بهعنوان کاندیداهای اصلی ظاهر شدهاند.
این ذرات نهتنها بهخوبی در مدل استاندارد فیزیک ذرات قرار میگیرند، بلکه ممکن است دیگر رازهای کیهانی را نیز حل کنند. بهعنوان مثال، آنها میتوانند کلید وحدت نظریه نسبیت عام انیشتین و فیزیک کوانتومی باشند.
بسیاری از آزمایشهای زمینی برای یافتن آکسیونها انجام شده است، اما دانشمندان توجه خود را به ستارگان فوقالعاده خاص کیهان، یعنی ستارگان نوترونی، معطوف کردهاند و معتقدند این ستارگان میتوانند میزبان این ذرات فرضی باشند.
ستارگان نوترونی زمانی متولد میشوند که ستارگان بزرگ سوخت لازم برای همجوشی هستهای در هسته خود را تمام کنند. این ستارگان بهطور ناگهانی فرو میریزند و امواج شوک به لایههای بیرونی ستاره میرسند و ابرنواختری را ایجاد میکنند که بیشتر جرم ستاره را میزداید. نتیجه این فرآیند، ستارههای نوترونی با جرمی بین یک تا دو برابر جرم خورشید و قطر حدود ۲۰ کیلومتر است.
پژوهشگران پیشنهاد کردهاند که آکسیونهایی که درون ستارگان نوترونی پس از ابرنواختر تولید میشوند، میتوانند به تولید فوتونهای گامایی منجر شوند.
تیم تحقیقاتی بر این باور است که یک شناسایی موفق از اشعههای گاما از یک ابرنواختر میتواند بهطور قطع جرم آکسیون را تعیین کرده و جستجوی ماده تاریک را متحول کند.
