Czy istnieją gwiazdy zbudowane z „cudownych cząstek”? Jeśli tak, miałyby niezwykłe cechy

W tym artykule:

1. Co to jest ciemna materia?
2. Czy istnieją gwiazdy aksjonowe?
3. Co to jest promieniowanie reliktowe?
4. Skąd się wzięła nazwa „aksjon”?

Fizycy z King’s College London „cudownymi cząstkami” nazwali aksjony. To ultralekkie cząstki pozbawione ładunku elektrycznego. Na razie są to cząstki hipotetyczne. Nie mamy pewności, czy rzeczywiście istnieją.

Gdyby aksjony istniały, stanowiłyby rozwiązanie największej zagadki współczesnej fizyki. Naukowcy podejrzewają, że właśnie z aksjonów może się składać ciemna materia. Czyli niezwykle ważny, ciągle nieuchwytny składnik Wszechświata.

W najnowszej pracy opublikowanej w czasopiśmie „Physical Review D” fizycy twierdzą, że w pewnych regionach kosmosu aksjony mogą tworzyć ciasne skupiska. Tak gęste, że mogłyby nawet zmieniać się w „aksjonowe gwiazdy”. Takie obiekty byłyby niestabilne i skłonne do wybuchów. Efekty ich eksplozji dałoby się znaleźć, badając mikrofalowe promieniowanie tła.

Co to jest ciemna materia?

Materia, jaką widzimy wokół siebie, stanowi tylko kilkanaście procent masy całego Wszechświata. To właśnie są elektrony, protony i neutrony, tworzące atomy, z których składają się gwiazdy, planety i my sami. Pozostałe 85 proc. masy kosmosu to ciemna materia. Nie jest zbudowana ze znanych nam cząstek i nie emituje światła. Oddziałuje ze zwykłą materią tylko poprzez grawitację.

Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak

Dane pozyskane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba wspierają zaskakującą hipotezę. Możliwe jest, że w kosmosie istnieją ciemne gwiazdy. Czyli takie, które składają się nie ze zw...

Z czego składa się ciemna materia? „Jednymi z pierwszych kandydatów są aksjony” – mówi portalowi space.com fizyk Malcolm Fairbairn, jeden z autorów pracy. „Odkryliśmy, że tworzą gęste skupiska. Dzięki temu mają zdolność podgrzewać Wszechświat tak jak supernowe czy zwykłe gwiazdy” – dodaje Fairbairn.

Czy istnieją gwiazdy aksjonowe?

Ciemna materia sprawia, że wirujące galaktyki nie rozpadają się. Gdyby jej nie było, wówczas galaktyki miałyby zbyt małą masę, by siła grawitacji mogła się przeciwstawić sile odśrodkowej. Ponadto ciemna materia otula większość galaktyk jako rozległe halo, rozciągające się daleko w przestrzeń międzygalaktyczną.

Żeby efekty grawitacyjnej ciemnej materii były odpowiednio silne, aksjonów musi być bardzo dużo. W nieuchronny sposób w pewnych miejscach cząstki te musiałyby więc się zagęszczać. Czy to możliwe, by w centrach galaktyk tworzyły się nawet „aksjonowe gwiazdy”? Zdaniem badaczy – tak.

Gwiazdy takie nie byłyby jednak stabilne. Po przekroczeniu pewnego progu masy wybuchałyby. Emitowałyby przy tym promieniowanie elektromagnetyczne. Możliwe jest, że takie procesy zachodziły już dawno temu. Wtedy, gdy nie było jeszcze galaktyk, a Wszechświat wypełniały dopiero co utworzone atomy.

Co to jest promieniowanie reliktowe?

Jeśli gwiazdy składające się z „cudownych cząstek” wybuchały w okresie 50–500 mln lat po Wielkim Wybuchu, podgrzewałyby gaz wypełniający wtedy Wszechświat. To zaś wpłynęłoby na istniejące już wówczas promieniowanie reliktowe. Promieniowanie reliktowe – albo mikrofalowe promieniowanie tła (CMB) – to, w uproszczeniu, pierwsze światło, jakie pojawiło się w kosmosie. Stało się to ok. 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu.

Dziś promieniowanie reliktowe wypełnia cały kosmos. Zdanie fizyków z King’s College of London potencjalne przeszłe i obecne wybuchy gwiazd z ciemnej materii pozostawiłyby w nim swój ślad. Ślad ten zaś można by wykryć, badając szczegółowo promieniowanie CMB. Gdyby to się udało – potwierdziłoby się, że czarna materia faktycznie składa się z aksjonów. Byłoby to gigantyczne naukowe osiągnięcie.

Skąd się wzięła nazwa „aksjon”?

Istnienie aksjonów zaproponowano w 1977 r. Cząstka pozwoliła dopracować teorię oddziaływań silnych. Przyczynili się do tego dwaj fizycy teoretyczni – Frank Wilczek i Steven Weinberg. Obaj zaproponowali wówczas, jak nazwać nową cząstkę.

Weinberg wymyślił nazwę „higglet”. Wilczek poszedł innym tropem. Uznał, że istnienie tego rodzaju cząstek ładnie „wyczyściło” problem związany z oddziaływaniami silnymi. Dlatego zaproponował, by nazwać je „aksjonami” – od marki środka do prania w płynie. Dzisiaj można go kupić w Azji i Ameryce Łacińskiej.

Źródła: Space.com, King’s College London, Physical Review D