هنگامی که ابرنواختر بعدی در نزدیکی ما منفجر می شود، هر تلسکوپ پرتو گاما که در جهت درست باشد می تواند به سرعت بیش از یک نمایش نوری را ببیند. یکی برای تایید یکی از امیدوارکننده ترین نامزدهای ماده تاریک.
اخترفیزیکدانان دانشگاه کالیفرنیا پیش‌بینی می‌کنند که در 10 ثانیه اول یک ابرنواختر، ذرات فرضی به نام اکسیون می‌توانند به مقدار کافی آزاد شوند تا وجود خود را در یک لحظه ثابت کنند.
با توجه به اینکه بدست آوردن یک عدد متقاعدکننده با استفاده از روش‌های دیگر ممکن است سال‌ها طول بکشد، شانس تشخیص یک عمل در یک فروپاشی ستاره نزدیک مانند برنده شدن در لاتاری فیزیک است.
البته، چنین کشفی مستلزم داشتن یک تلسکوپ پرتو گاما است که آن را در نزدیکی چنین انفجاری در زمان مناسب رصد کند. در حال حاضر، این وظیفه کاملاً بر عهده تلسکوپ فضایی فرمی است که تنها 1 در 10 شانس رصد این رویداد را دارد.
بنابراین، محققان پیشنهاد می کنند ابزار جدیدی به نام “GALActic AXion” را برای مطالعه ابرنواخترها راه اندازی کنند. این ابزار ناوگانی از ماهواره های پرتو گاما است که قادر به رصد 100 درصد آسمان در هر زمان است. تشخیص وجود یا عدم وجود اکسیون ها در زمان یک ابرنواختر می تواند به همان اندازه ارزشمند باشد، اما مسئله اصلی زمان بندی است.
بنجامین سافدی، دانشیار فیزیک در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، می‌گوید: «فکر می‌کنم همه ما در این مقاله نگران این هستیم که ابرنواختر بعدی قبل از اینکه تجهیزات مناسبی داشته باشیم، بیاید. واقعاً مایه شرمساری خواهد بود اگر فردا یک ابرنواختر اتفاق بیفتد و ما فرصت را از دست بدهیم تا این عمل را ببینیم. شاید تا 50 سال دیگر چنین چیزی را نبینیم.»
نموداری از این که چگونه یک ستاره در حال فروپاشی می تواند اکسیون هایی تولید کند که با یک میدان مغناطیسی قوی برهمکنش می کنند تا تبدیل به پرتوهای گاما شوند و در نهایت توسط ماهواره های ویژه شناسایی شوند.
اکسیون ها برای اولین بار در دهه 1970 به عنوان راه حل ممکن برای معمای قوی CP (مسئله عدم تقارن) پیشنهاد شدند. تصور می شود این ذرات جرم بسیار کمی دارند و بار الکتریکی ندارند و در سراسر جهان بسیار رایج هستند.
فیزیکدانان دیگر بعداً دریافتند که ویژگی‌های خاصی از آکسون‌ها – مانند نحوه جمع شدن آنها و برهمکنش آنها با مواد دیگر از طریق گرانش – آنها را به کاندیدای خوبی برای ماده تاریک تبدیل می‌کند. از همه مهمتر، یکی ویژگی های پیش بینی شده می توانند شناسایی را فعال کنند.
خاصیت تبدیل آکسیون ها به فوتون در میدان های مغناطیسی قوی امکان شناسایی آنها را فراهم می کند
در میدان‌های مغناطیسی قوی، آکسیون‌ها باید گهگاه به «فوتون» تبدیل شوند. بنابراین، تشخیص نور اضافی در نزدیکی این میدان ها ممکن است نشانه ای از وجود آکسیون ها باشد. این مبنایی برای آزمایش‌های تشخیص و مشاهدات نجومی برای دهه‌ها بوده است و به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا محدوده جرمی اکسیون‌ها را محدود کنند.
“ستاره های نوترونی” یکی آنها یکی از امیدوار کننده ترین مکان ها برای جستجوی تبلیغات هستند. فیزیک متلاطم این اجرام باید مقادیر زیادی آکسون تولید کند و بهتر از آن، میدان های مغناطیسی قوی باید برخی از آنها را به فوتون های قابل تشخیص تبدیل کند.
در یک مقاله جدید، تیم دانشگاه کالیفرنیا، برکلی محاسبه کرده است که بهترین زمان برای یافتن آکسون ها در اطراف یک ستاره نوترونی ممکن است زمان تولد آن باشد. هنگامی که یک ستاره عظیم در طی یک رویداد ابرنواختری منفجر می شود. شبیه‌سازی‌های جدید نشان می‌دهند که انفجاری از آکسون‌ها در 10 ثانیه اول فروپاشی ستاره ایجاد می‌شود و انفجار پرتو گاما حاصل می‌تواند جزئیات زیادی را آشکار کند.
این تیم محاسبه کرده است که یک نوع خاص از آکسون، به اصطلاح آکسون کرومودینامیکی کوانتومی (QCD) را می توان با استفاده از این روش تشخیص داد اگر جرم آن بیشتر از 50 میکروالکترون ولت (یک ده میلیاردم جرم یک الکترون) باشد. اگر آکسیون ها واقعا وجود داشته باشند، ممکن است یکی از جمله مفیدترین ذرات کوچک کشف شده هستند. در عین حال، آنها می توانند به ما در حل معماهای ماده تاریک، مشکل قوی CP، “نظریه ریسمان” و عدم تعادل بین ماده و پادماده کمک کنند.
اکنون می توان این فرضیه را آزمایش کرد. اکنون فقط باید منتظر باشیم تا ابرنواختر بعدی در نزدیکی ما اتفاق بیفتد. ممکن است امروز یا در یک دهه آینده اتفاق بیفتد، و اگر فرمی به سمت راست آسمان نگاه کند، می‌توانیم به برخی از عمیق‌ترین سؤالات علم در چند ثانیه پاسخ دهیم.
Safdie می گوید: «بهترین حالت برای اکسیون ها این است که فرمی یک ابرنواختر را رصد کند. احتمالش کمه اما وقتی فرمی آن را می بیند، می توانیم جرم آکسون و قدرت برهم کنش آن را اندازه گیری کنیم. ما می توانیم همه چیزهایی را که باید در مورد سهام بدانیم تعیین کنیم و به سیگنال اطمینان زیادی داشته باشیم. زیرا هیچ ماده معمولی وجود ندارد که بتواند چنین رویدادی را ایجاد کند.»
