Zamiast budować coraz większe akceleratory, duńscy badacze wykorzystali kosmos jako naturalne laboratorium. Skupili się na hipotetycznych cząstkach zwanych aksjonami, które od lat są uważane za potencjalnych kandydatów na składniki ciemnej materii. Tradycyjne metody detekcji zawodzą wobec ich ekstremalnie słabego oddziaływania z materią.
Gromady galaktyk w roli detektorów
Kluczem okazały się gigantyczne struktury kosmiczne zawierające setki galaktyk. Te potężne gromady, o masach bilion razy większych niż Słońce, posiadają rozległe pola magnetyczne rozciągające się w przestrzeni międzygalaktycznej. Te naturalne magnesy stały się podstawą nowatorskiej techniki badawczej.
Czytaj także: Astronomowie znaleźli sposób na wykrycie aksjonów. To może zmienić fizykę
Zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi, światło przechodzące przez te pola może przekształcać się w aksjony i z powrotem w fotony, pozostawiając charakterystyczne ślady. Problem polegał na tym, że pojedyncze sygnały przypominały losowy szum. Rozwiązanie przyszło wraz z innowacyjną metodą łączenia danych.
Przełom w analizie danych
Naukowcy wyselekcjonowali 32 supermasywne czarne dziury znajdujące się za gromadami galaktyk. Każda z tych aktywnych galaktyk emituje intensywne promieniowanie gamma. Gdy połączono obserwacje wszystkich źródeł, ujawnił się wyraźny, schodkowy wzorzec dokładnie odpowiadający teoretycznym modelom konwersji foton-aksjon.
Choć wyniki nie stanowią ostatecznego dowodu, znacząco zawęziły zakres możliwych właściwości tych cząstek. Dla aksjonów o masie 1-10 nanoelektronowoltów wzmocniono istniejące ograniczenia aż czterokrotnie. W niektórych przypadkach model z aksjonami lepiej pasował do danych, co daje marginalne wykrycie na poziomie około 2 sigma – to znaczy, że istnieje około 5% szans, iż to przypadkowa fluktuacja. Można więc mówić o ciekawym tropie, ale jeszcze nie o odkryciu.
Nowe możliwości w astrofizyce
Największą zaletą tej metody jest jej uniwersalność. Można ją stosować nie tylko do promieniowania gamma, ale także do innych zakresów widma elektromagnetycznego. Przyszłe teleskopy, takie jak Cherenkov Telescope Array Observatory, pozwolą badać jeszcze szersze spektrum energetyczne.
Jeśli aksjony rzeczywiście istnieją, byłby to przełom w naszym rozumieniu wszechświata. Rozwiązałoby to nie tylko zagadkę ciemnej materii, ale także potwierdziłoby niektóre z najbardziej zaawansowanych teorii fizycznych. Trzeba jednak przyznać, że droga do ostatecznego potwierdzenia jest długa – wyniki opublikowane w Nature Astronomy to dopiero początek nowego rozdziału w tych poszukiwaniach.
Czytaj także: Czarne dziury mogą strzelać laserami grawitacyjnymi. Ich odkrycie rozwiązałoby gigantyczną zagadkę kosmosu
Najważniejsze, że zamiast kolejnego ślepego zaułka, naukowcy zyskali nowe narzędzie. Nawet jeśli aksjony okażą się nieuchwytne, metoda pozwoli wykluczyć całe obszary parametrów, co w nauce jest równie cenne jak odkrycie. To jak stopniowe zawężanie pola poszukiwań zamiast strzelania na oślep.