Сверхсильное электромагнитное поле поможет обнаружить тёмную материю

Статья исследователей из Амстердамского и Принстонского университетов, опубликованная в журнале Physical Review Letters, демонстрирует, что если теория верна, то вблизи пульсаров такая темная материя должна светиться в радиолучах.

Теория, которая предсказывает существование аксионов, предполагает, что некоторые из этих частиц могут превращаться в фотоны в присутствии сильных электромагнитных полей. Подобные поля существуют в областях, окружающих быстро вращающиеся нейтронные звезды, известные как пульсары. Пульсары, в свою очередь, должны производить аксионы в огромных количествах, что означает, что эти частицы, если они существуют, должны быть заметны по электромагнитному излучению, испускаемому из окрестностей нейтронной звезды.

Порождаемое аксонами и магнитными полями пульсара излучение может наблюдаться в виде радиоволн. Проблемой является то, что аксионное радиоизлучение составляет лишь небольшую долю от общего количества излучения, производимого нейтронной звездой. Таким образом, чтобы подтвердить существование частиц темной материи, астрономы должны знать, как должен выглядеть пульсар в отсутствие аксионов, и понять разницу между ним и пульсаром, окруженным аксионами.

В новой статье ученые представили исчерпывающую теоретическую модель, показывающую, как аксионы образуются в окрестностях пульсара, как преодолевают гравитационное притяжение нейтронной звезды и как превращаются в низкоэнергетическое радиоизлучение. Эта модель была использована в компьютерной симуляции поведения аксионов, движущихся через сильные электромагнитные поля, что позволило количественно оценить вклад аксионного излучения в общее излучение пульсара.

Затем астрофизики сравнили теоретические предсказания с наблюдаемой картиной, используя данные о 27 пульсарах, находящихся в относительной близости к Солнечной системе. Ученые проверили, существует ли избыток радиоизлучения, который мог бы указывать на существование аксионов. Хотя радиоволны не были обнаружены, полученный результат представляет собой самое строгое на настоящий момент ограничение, накладываемое на свойства физического взаимодействия между аксионами, если они все-таки существуют, и фотонами.