Новое исследование, проведенное физиком-теоретиком из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (лаборатория Беркли) Бенджамином Сафди, предполагает, что никогда ранее не наблюдавшиеся частицы, называемые аксионами, могут быть источником необъяснимого высокоэнергетического рентгеновского излучения, окружающего группы нейтронных звезд.

Предполагается, что аксионы, пока считающиеся гипотетическими частицами, будут образовываться в ядре звезд и преобразовываться в частицы света, называемые фотонами, в присутствии магнитного поля, впервые появившиеся в 1970-х годах как часть решения проблемы физики фундаментальных частиц. Аксионы также могут составлять темную материю - таинственный материал, на который приходится примерно 85 процентов общей массы Вселенной, но до сих пор ученые наблюдали гравитационное воздействие только на обычную материю. Даже если окажется, что избыток рентгеновского излучения не связан с аксионами или темной материей, он все равно может открыть новую физику.

Группа нейтронных звезд, известная как Великолепная семерка, послужила отличным испытательным стендом для возможного присутствия аксионов, поскольку эти звезды обладают мощными магнитными полями, находятся относительно близко - в пределах сотен световых лет - и, как ожидается, будут производить только низкоэнергетические рентгеновские лучи и ультрафиолетовый свет.

Если бы нейтронные звезды относились к типу пульсаров, у них была бы активная поверхность, излучающая излучение на разных длинах волн. Это излучение будет проявляться во всем электромагнитном спектре и может заглушить эту рентгеновскую сигнатуру, которую обнаружили исследователи, или будет производить радиочастотные сигналы. Но «Великолепная семерка» - не пульсары, и такой радиосигнал обнаружен не был. Да и другие распространенные астрофизические объяснения, похоже, также не соответствуют наблюдениям.

Если избыток рентгеновского излучения, обнаруженный вокруг Великолепной семерки, генерируется объектами, скрывающимися за нейтронными звездами, это, вероятно, обнаружилось бы в наборах данных, которые исследователи используют с двух космических спутников: XMM-Newton Европейского космического агентства и рентгеновские телескопы НАСА Chandra.

Также ученые говорят, что все еще вполне возможно, что новое объяснение, не связанное с аксионами, объясняет наблюдаемый избыток рентгеновского излучения, хотя они по-прежнему надеются, что такое объяснение будет лежать за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц и этой новой основы - и космические эксперименты подтвердят происхождение высокоэнергетического рентгеновского сигнала.

Если аксионы существуют, можно ожидать, что они будут вести себя так же, как нейтрино в звезде, поскольку оба имеют очень небольшие массы и очень редко и слабо взаимодействуют с другим веществом. Их можно было производить в изобилии внутри звезд. Незаряженные частицы, называемые нейтронами, перемещаются внутри нейтронных звезд, иногда взаимодействуя, рассеиваясь друг от друга и выпуская нейтрино или, возможно, аксион. Процесс испускания нейтрино является основным способом охлаждения нейтронных звезд с течением времени.

Подобно нейтрино, аксионы смогут путешествовать за пределы звезды. Невероятно сильное магнитное поле, окружающее звезды Великолепной 7 - в миллиарды раз сильнее, чем магнитные поля, которые могут быть созданы на Земле - могло заставить существующие аксионы преобразовываться в свет.

Аксионы привлекли к себе больше внимания, поскольку ряд экспериментов не смог выявить признаков WIMP (слабо взаимодействующей массивной частицы), еще одного многообещающего кандидата на темную материю. Да и само изображение аксиона не так однозначно и может трактоваться по-разному.