U oktobru 2022. naučnici su otkrili eksplozivnu smrt zvijezde udaljene 2,4 milijarde svjetlosnih godina koja je bila svjetlija od bilo koje ikada zabilježene.
Dok je jezgra zvijezde kolabirala u crnu rupu, eksplozija gama zraka koju je emitirala zvijezda – događaj nazvan GRB 221009A – eruptirala je s energijama do 18 teraelektronvolta. Eksplozije gama zraka već su najsjajnije eksplozije koje naš svemir može proizvesti; ali GRB 221009A bio je apsolutni rekorder, zbog čega je dobio nadimak “BROD” – najsjajniji svih vremena, piše Sience Alert.
Međutim, nešto nije u redu sa slikom, tvrdi tim astrofizičara predvođen Giorgiom Galantijem iz Nacionalnog instituta za astrofiziku (INAF) u Italiji. Na temelju najsavremenijih modela svemira, ne bismo trebali moći vidjeti fotone jače od 10 teraelektronvolta u podacima iz Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) koja je izvršila detekciju.
S udaljenosti od 2,4 milijarde svjetlosnih godina, fotoni s energijama većim od 10 teraelektronvolta trebali bi biti snažno apsorbirani interakcijama s drugim vrlo snažnim fotonima u slaboj svjetlosti između galaksija, takozvanoj ekstragalaktičkoj pozadinskoj svjetlosti.
I šta sad? Pa, cijeli nered jednostavno nestane ako se čestice nalik aksionima – jedan od vodećih kandidata za tajanstvenu tamnu tvar koja čini većinu mase u Svemiru, kako predviđa teorija struna – uključe u mješavinu.
Nedavna analiza predstavljena je na 58. konferenciji Rencontres de Moriond u martu 2024. i sada je dostupna na poslužitelju za pretisak arXiv.
“Mi … pokazujemo da je problem riješen ako uvedemo interakciju fotona s česticama sličnim aksionima (ALP)”, piše tim u svom radu.
“ALP-ovi su predviđeni Teorijom struna, među najboljim su kandidatima za tamnu tvar i mogu proizvesti spektralne i polarizacijske učinke na astrofizičke izvore u prisutnosti vanjskih magnetskih polja.
“Konkretno, za GRB 221009A, oscilacije čestica nalik na foton-aksion pojavljuju se unutar ukrštenih magnetiziranih medija, tj. galaksije domaćina, izvangalaktičkog prostora, Mliječne staze, djelomično smanjujući ekstragalaktičku apsorpciju pozadinskog svjetla na nivo koji objašnjava LHAASO detekciju GRB 221009A i njegov opaženi spektar.”
Tamna tvar jedno je od najvećih pitanja koja imamo o svemiru. Nakon što smo uzeli u obzir svu normalnu materiju – zvijezde, plin, crne rupe, galaksije, kamenje, prašinu, sve što zapravo možemo direktno otkriti – ostalo je previše gravitacije. Šta god da je ono što čini tu gravitaciju, ima je mnogo više od normalne materije. Oko 85 posto mase svemira čini tamna tvar.
Ne znamo šta je tamna tvar, ali postoji mnogo mogućih kandidata. Aksioni su vodeći konkurent. Smatra se da se te hipotetske čestice ponašaju pomalo poput neutrina, jer nemaju mnogo interakcije s normalnom materijom, što ih čini teškim za otkrivanje. Međutim, također se predviđa da će se ponašati kao tamna tvar, pa astrofizičari jedva čekaju pronaći dokaze o njihovom postojanju.
Galanti i njegovi kolege prethodno su pronašli dokaze o česticama sličnim aksionima u svjetlosti udaljenih blazara – iznimno aktivnih galaksija koje blješte svjetlošću. Ali najsjajnija eksplozija gama zraka ikad viđena predstavljala je novi laboratorij za potragu za aksionima.
Prema nedavnom modelu izvangalaktičke pozadinske svjetlosti, visokoenergetski fotoni gama zraka koji putuju preko velikih udaljenosti trebali bi djelovati tako snažno s pozadinskom svjetlošću da ona ne može doći do nas. Prema izračunima istraživača, interakcije između fotona i aksiona trebale bi međugalaktički prostor učiniti transparentnijim za svjetlo visoke energije.
Stoga bi činjenica da je LHAASO detektirao fotone do 18 teraelektronvolta mogla predstavljati prvu indirektnu detekciju aksiona, kažu istraživači.
Zaključak će zahtijevati puno više rada prije nego što bude potvrđen, pogotovo jer neka druga pretraživanja nisu pokazala ništa. Ali imamo druga mjesta za tražiti; posebice, neutronske zvijezde možda bijesnom brzinom pumpaju aksione.
