فقط ۱۰ ثانیه تا کشف ماده تاریک؛ آیا انفجار ابرنواختر بعدی راز بزرگ کیهان را فاش می‌کند؟

اکسیون‌ها برای اولین بار در دهه ۱۹۷۰ به عنوان راه‌حلی بالقوه برای معمای سی‌پی قوی (مشکل عدم تقارن)، فرضیه‌پردازی شدند. پیش‌بینی می‌شود که این ذرات دارای جرمی بسیار اندک، بدون بار الکتریکی و با فراوانی بسیار زیاد در سراسر جهان باشند.

سایر فیزیکدانان بعداً متوجه شدند که برخی از ویژگی‌های اکسیون‌ها مانند نحوه‌ی تجمع و برهم‌کنش با سایر مواد از طریق گرانش – آن‌ها را به کاندیدایی مناسب برای ماده تاریک تبدیل می‌کند. مهم‌تر از همه، یکی از ویژگی‌های پیش‌بینی‌شده می‌تواند شناسایی آن‌ها را امکان‌پذیر کند.

«ستاره‌های نوترونی» یکی از امیدوارکننده‌ترین مکان‌ها برای جستجوی اکسیون‌ها هستند. فیزیک طوفانی این اجرام باید مقادیر زیادی اکسیون تولید کند و حتی بهتر اینکه میدان‌های مغناطیسی قوی باید برخی از آن‌ها را به فوتون‌های قابل شناسایی تبدیل کند.

در مقاله جدید، تیم دانشگاه کالیفرنیا در برکلی محاسبه کرده است که بهترین زمان برای یافتن اکسیون‌ها در اطراف یک ستاره نوترونی ممکن است در زمان تولد آن باشد؛ زمانی که ستاره‌ای عظیم به درطول رویداد ابرنواختر منفجر می‌شود. شبیه‌سازی‌های جدید نشان می‌دهند که انفجاری از اکسیون‌ها در طی ۱۰ ثانیه اول پس از فروپاشی ستاره تولید خواهد شد و انفجار پرتو گامای حاصل می‌تواند جزئیات زیادی را فاش کند.

تیم محاسبه کرده است که نوع خاصی از اکسیون، به نام اکسیون کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، اگر جرمی بالاتر از ۵۰ میکرو الکترون ولت (یک ده‌میلیاردم جرم یک الکترون) داشته باشد، با این روش قابل شناسایی خواهد بود. اگر اکسیون‌ها واقعاً وجود داشته باشند، ممکن است یکی از مفیدترین ذرات کوچک کشف شده باشند. به‌طور هم‌زمان، آنها می‌توانند به ما کمک کنند تا معماهای ماده تاریک، مشکل سی‌پی قوی، «نظریه ریسمان» و عدم تعادل ماده/ضدماده را حل کنیم.

فرضیه‌ی آماده آزمایش است؛ حالا فقط باید منتظر بمانیم تا ابرنواختر بعدی در نزدیکی ما رخ دهد. این اتفاق ممکن است امروز بیفتد یا در دهه‌ای دیگر و اگر فرمی (Fermi) به بخش مناسبی از آسمان نگاه کند، می‌توانیم برخی از عمیق‌ترین سوالات علمی را در عرض چند ثانیه پاسخ دهیم.

سافدی می‌گوید: «بهترین سناریو برای اکسیون‌ها این است که فرمی یک ابرنواختر را مشاهده کند. احتمال آن کم است. اما اگر فرمی آن را ببیند، می‌توانیم جرم اکسیون و قدرت برهم‌کنش آن را اندازه‌گیری کنیم. می‌توانیم همه چیزهایی را که باید درباره اکسیون بدانیم تعیین کنیم و به سیگنال اعتماد فوق‌العاده‌ای داشته باشیم؛ زیرا هیچ ماده‌ای معمولی وجود ندارد که بتواند چنین رویدادی ایجاد کند.»

تحقیق در نشریه فیزیکال ریویو لترز منتشر شده است.