V srdci hvězdokupy vzdálené 200 milionů světelných let astronomům se nepodařilo detekovat hypotetické částice zvané axiony.
To přináší nová omezení v tom, jak si myslíme, že tyto částice fungují, ale má to také několik vážných důsledků pro teorii strun a vývoj Theory of Everything, která popisuje, jak funguje fyzický vesmír.
Pokud jde o pochopení toho, jak vesmír funguje, vědci přišli s několika docela dobrými teoriemi. Jedním z nich je obecná relativita, která popisuje, jak fyzika funguje na makroúrovni. Druhou je kvantová mechanika, která popisuje, jak se věci chovají na atomové a subatomární úrovni.
Velkým problémem je, že tyto dvě teorie spolu nevycházejí. Obecnou relativitu nelze snížit na kvantovou úroveň a kvantovou mechaniku nelze rozšířit. Bylo mnoho pokusů o to, aby se z nich stali přátelé rozvíjením takzvané Teorie všeho.
Jedním z nejslibnějších kandidátů na řešení rozdílů mezi obecnou relativitou a kvantovou mechanikou je takzvaná teorie strun, která zahrnuje nahrazení bodových částic ve fyzice částic malými vibrujícími jednorozměrnými řetězci.
Mnoho modelů teorie strun navíc předpovídá existenci axionů, částic s ultra nízkou hmotností, u nichž se poprvé předpokládalo v 70. letech 20. století, aby se zabývaly otázkou, proč silné atomové síly sledují to, co se nazývá symetrie nábojové parity, když většina modelů říká, že ne. . Jak se ukázalo, teorie strun také předpovídá více částic, které se chovají jako osy, nazývané částice podobné osám.
Jednou z vlastností axionových částic je to, že se mohou při průchodu magnetickým polem změnit na foton; naopak, fotony se mohou při průchodu magnetickým polem změnit na částice podobné axionu. Pravděpodobnost, že k tomu dojde, závisí na řadě faktorů, včetně síly magnetického pole, ujeté vzdálenosti a hmotnosti částice.
Vědci použili rentgenovou observatoř Chandra ke studiu aktivního jádra galaxie NGC 1275, které leží asi 237 milionů světelných let daleko ve středu kupy galaxií zvané kupa Perseus.
Jejich pozorování během osmi dnů skončilo s malou nebo žádnou znalostí černé díry. Ale pak si uvědomili, že data mohou být použita k hledání částic podobných axionům.
„Rentgenové světlo z NGC1275 musí procházet horkým plynem kupy Perseus a tento plyn je magnetizován,“ vysvětlil Reynolds.
Magnetické pole je relativně slabé (10 000krát slabší než magnetické pole na zemském povrchu), ale fotony musí tímto magnetickým polem urazit obrovskou vzdálenost. To znamená, že existuje dostatek příležitostí k přeměně těchto fotonů na částice podobné axionům (za předpokladu, že částice podobné axionům mají dostatečně nízkou hmotnost). “
Protože pravděpodobnost převodu závisí na vlnové délce fotonu, měla by pozorování odhalit zkreslení, protože některé vlnové délky se převádějí efektivněji než jiné.
Vědcům trvalo asi rok pečlivé práce, ale nakonec nebylo takové zkreslení nalezeno.
To znamená, že vědci mohou vyloučit existenci axionů v hmotnostním rozsahu, na který byla jejich pozorování citlivá – až jedné miliardtiny hmotnosti elektronu.
„Naše studie nevylučuje existenci těchto částic, ale rozhodně nepomáhá teorii strun,“ uvedla astronomka Helen Russell z University of Nottingham ve Velké Británii.
Studie byla publikována v Astrophysical Journal.
Zdroje: Foto: NASA / CXC / SAO / E.Bulbul a kol.
