17 августа 2017 года два детектора гравитационных волн LIGO и Virgo, расположенные в США и Италии, впервые зарегистрировали сигнал от столкновения двух нейтронных звезд. Это событие было зафиксировано не только с помощью гравитационных волн, но и с помощью света десятков телескопов на Земле и в космосе.
Физик Бхупал Дев из Arts & Sciences использовал данные о событии слияния нейтронных звезд GW170817, чтобы установить новые ограничения для аксионоподобных частиц. Эти гипотетические частицы, которые никогда не наблюдались непосредственно, считаются ведущими претендентами на объяснение части или всей "недостающей" материи, или темной материи, которую ученые еще не до конца поняли.
Считается, что аксионы, слабо взаимодействующие с другими частицами, могут служить мостом между известными и неизвестными секторами Вселенной. Они могут помочь объяснить существование темной материи и обеспечить лучшее понимание физических свойств Вселенной в целом.
Когда две нейтронные звезды сталкиваются, они на короткое время образуют горячий и плотный остаток, который служит идеальной питательной средой для создания экзотических частиц. Этот остаток становится горячее первоначальных звезд, и длится около одной секунды, прежде чем превратиться в более крупную нейтронную звезду или черную дыру.
Исследовательская группа во главе с Девом проанализировала спектральные и временные данные электромагнитных сигналов и идентифицировала их как уникальные, отличные от известных астрофизических данных. Они использовали данные Fermi-LAT из GW170817, чтобы вывести новые ограничения на силу аксионно-фотонного взаимодействия в зависимости от массы аксиона.
Будущие перспективы в физике элементарных частиц включают использование существующих гамма-телескопов, таких как Fermi-LAT, и предлагаемых миссий, таких как APT, для проведения измерений во время столкновений нейтронных звезд, чтобы улучшить наше понимание аксионов.
Экстремальные астрофизические события, такие как слияния нейтронных звезд, предоставляют уникальную возможность для нашего поиска частиц темной материи, таких как аксионы, которые могут содержать ключ к пониманию тайны недостающих 85% вещества во Вселенной.
Первоисточник: “First Constraints on the Photon Coupling of Axionlike Particles from Multimessenger Studies of the Neutron Star Merger GW170817” by P. S. Bhupal Dev, Jean-François Fortin, Steven P. Harris, Kuver Sinha and Yongchao Zhang, 5 March 2024, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.101003