200 miljoonan valovuoden päässä olevan galaksiryhmän sydämessä tähtitieteilijät eivät ole havainneet hypoteettisia hiukkasia, joita kutsutaan aksioiksi.
Tämä asettaa uusia rajoituksia sille, miten luulemme näiden hiukkasten toimivan, mutta sillä on myös melko vakavia vaikutuksia merkkijonoteoriaan ja kaiken teorian kehittämiseen, joka kuvaa fyysisen maailmankaikkeuden toimintaa.
Kun on kyse universumin toiminnan ymmärtämisestä, tutkijat ovat keksineet joitain hyviä teorioita. Yksi niistä on yleinen suhteellisuusteoria, joka kuvaa fysiikan toimintaa makrotasolla. Toinen on kvanttimekaniikka, joka kuvaa miten asiat käyttäytyvät atomi- ja subatomisella tasolla.
Suuri ongelma on, että nämä kaksi teoriaa eivät tule toimeen. Yleistä suhteellisuusteoria ei voida vähentää kvanttitasolle, eikä kvanttimekaniikkaa voida laajentaa. Niitä on yritetty saada ystävystymään kehittämällä niin sanottua kaiken teoriaa.
Yksi lupaavimmista ehdokkaista yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan välisen eron ratkaisemiseksi on ns. String-teoria, johon kuuluu hiukkasten fysiikan pistehiukkasten korvaaminen pienillä, värisevillä yksiulotteisilla kielillä.
Lisäksi monet merkkijonoteoriamallit ennustavat aksionien olemassaolon, erittäin pienimassaiset hiukkaset oletettiin ensin 1970-luvulla vastaamaan kysymykseen siitä, miksi voimakkaat atomi voimat seuraavat ns. Varauksen pariteettisymmetriaa, kun suurin osa malleista sanoo, etteivät ne. . Kuten käy ilmi, merkkijono teoria ennustaa myös enemmän hiukkasia, jotka käyttäytyvät kuin aksionit, joita kutsutaan aksion kaltaisiksi hiukkasiksi.
Yksi aksion kaltaisten hiukkasten ominaisuuksista on, että ne voivat muuttua fotoniksi, kun ne kulkevat magneettikentän läpi; päinvastoin, fotonit voivat muuttua aksion kaltaisiksi hiukkasiksi, kun ne kulkevat magneettikentän läpi. Tämän tapahtumisen todennäköisyys riippuu useista tekijöistä, mukaan lukien magneettikentän voimakkuus, kuljettu matka ja hiukkasen massa.
Tutkijat käyttivät Chandran röntgentutkimuslaitosta tutkiakseen galaksin NGC 1275 aktiivista ydintä, joka sijaitsee noin 237 miljoonan valovuoden päässä Perseus-joukoksi kutsutun galaksiryhmän keskellä.
Heidän havaintonsa kahdeksan päivän aikana päätyivät mustaan aukkoon vain vähän tai ei ollenkaan. Mutta sitten he tajusivat, että tietoja voidaan käyttää aksion kaltaisten hiukkasten etsimiseen.
“NGC1275: n röntgenvalon on kuljettava Perseus-klusterin kuuman kaasun läpi, ja tämä kaasu magnetoituu”, Reynolds selitti.
Magneettikenttä on suhteellisen heikko (10000 kertaa heikompi kuin maapallon magneettikenttä), mutta fotonien on kuljettava valtava etäisyys tämän magneettikentän läpi. Tämä tarkoittaa, että on runsaasti mahdollisuuksia muuttaa nämä fotonit aksion kaltaisiksi hiukkasiksi (edellyttäen, että aksion kaltaisilla hiukkasilla on riittävän pieni massa).
Koska muuntamisen todennäköisyys riippuu fotonien aallonpituudesta, havaintojen tulisi paljastaa vääristymät, koska jotkut aallonpituudet muunnetaan tehokkaammin kuin toiset.
Tutkijoille kesti noin vuosi huolellista työtä, mutta loppujen lopuksi tällaista vääristymää ei löytynyt.
Tämä tarkoittaa sitä, että tutkijat voivat sulkea pois aksionien olemassaolon massavälillä, jolle heidän havaintonsa olivat herkkiä – jopa miljardiin osaan elektronin massaa.
“Tutkimuksemme ei sulje pois näiden hiukkasten olemassaoloa, mutta se ei todellakaan auta merkkijonoteoriaa”, sanoi tähtitieteilijä Helen Russell Nottinghamin yliopistosta Yhdistyneestä kuningaskunnasta.
Tutkimus julkaistiin Astrophysical Journal -lehdessä.
Lähteet: Kuva: NASA / CXC / SAO / E.Bulbul et ai.
