Аксионы — одни из наиболее перспективных кандидатов на состав тёмной материи, которая не излучает и не взаимодействует со светом напрямую, но теоретически может преобразовываться в фотоны в условиях сильных магнитных полей. Магнитосфера магнетаров служит идеальной средой для такого преобразования, что создаёт слабые радио-сигналы, доступные для регистрации существующими инструментами с Земли и из космоса.
В новой работе астрофизики подробно проанализировали взаимодействие аксионов с плазмонами — коллективными возбуждениями в плазме. В результате они выявили эффект «утечки» части сигналов: аксионы, превращающиеся в фотоны, могут частично взаимодействовать с плазмонами, вследствие чего часть радиосигналов теряется ещё в магнитосфере звезды до того, как достигнет земных детекторов.
«Можно представить, что предыдущие работы слушали определённую ноту от далёкой флейты, предполагая её громкость, — объясняет ведущий автор Хуго Теркас из Лиссабонского института. — Но оказалось, что у флейты есть утечка воздуха, то есть часть аксионов уходит в тишину плазмонов. Поэтому сигнал, который мы пытаемся уловить, намного тише, чем считалось».
Это значит, что телескопы должны быть гораздо чувствительнее, чтобы зафиксировать такие сигналы на фоне «шума» Вселенной. Учитывая универсальность механизма взаимодействия, открытие может иметь значение не только для физики тёмной материи, но и для широкого спектра физических систем.
Исследователи также планируют перейти от пассивного ожидания сигналов к активным экспериментам. Они надеются создать в лаборатории «синтетическую» плазму, которая имитирует экстремальные условия магнитосферы магнетаров, что даст возможность лучше понять и возможно выявить аксионы при управляемых условиях.