Une collision de deux étoiles extraordinairement denses et effondrées dans un univers lointain fournit des indices potentiels sur l’axion, un candidat de matière noire en premier. proposé il y a un demi-siècle.
Les restes stellaires sont des étoiles à neutrons, les cadavres qui restent après l’effondrement d’étoiles massives sur elles-mêmes. Ces étoiles mortes sont si denses que leurs électrons s’effondrent sur leurs protons, d’où le terme « étoile à neutrons ». Leur extrême densité en fait également un lieu pour la physique exotique : plus précisément, ils j’ai été proposé comme source d’axions, une particule hypothétique qui pourrait contribuer au contenu en matière noire de l’univers.
Nouvelle recherche, publié plus tôt ce mois-ci, dans Physical Review Letters, impose des contraintes sur la façon dont les particules de type axion pourraient se coupler avec des photons, sur la base de données spectrales et temporelles. provenant d’une fusion d’étoiles à neutrons à environ 130 millions d’années-lumière.
Les particules de type axion (ou ALP) constituent une classe plus générale de candidats hypothétiques à la matière noire que les axions, et les scientifiques pensent que leur nature pourrait être Révélé en étudiant les photons et en limitant la plage de masse des particules. Les particules de type axion produites lors de la fusion d’étoiles à neutrons échappent au restes et se désintègrent en deux photons, a écrit l’équipe dans le journal, produisant un signal électromagnétique détectable par les télescopes. Les données ont été collectées d’après les observations de la collision prises en 2017 par le télescope à grande surface Fermi (Fermi-LAT).
« Pour une fusion d’étoiles à neutrons, il existe une opportunité unique où vous pourriez obtenir le signal photonique », a déclaré Bhupal Dev, physicien à Washington. Université de St. Louis et auteur principal de l’étude, lors d’un appel téléphonique avec Gizmodo. «Nous pourrions utiliser cette étude multimessagers, ces données, pour sonder de nouvelles données physiques au-delà du modèle standard.»
Matière noire semble constituer 27% de l’univers, mais il interagit si faiblement avec la matière ordinaire que les scientifiques ne peuvent que le détecter grâce à ses effets gravitationnels sur ce que nous peut voir. Candidats populaires à la matière noire (c’est-à-dire que les parties responsables théorisées de l’existence apparente de la matière noire) sont des particules massives à faible interaction (WIMP), cachées (ou sombres). des photons, des objets halos compacts et massifs (MACHO) et, bien sûr, des axions.
Nommé d’après une marque de détergent à lessive, l’axion est une particule hypothétique qui a été proposée dans les années 1970 comme solution à la physique. problème de CP fort, qui décrit le fait que l’adhésion des quarks aux lois de la physique reste la même, même lorsque les particules sont remplacées par leurs particules. images miroir.
Les étoiles à neutrons font partie des objets les plus denses de l’univers, battus uniquement par les trous noirs. Contrairement aux trous noirs, la lumière peut s’échapper des étoiles à neutrons. , les rendant observables sur le spectre électromagnétique.
Dev explique que les axions pourraient résulter de la fusion d’étoiles à neutrons de plusieurs manières, si les axions se couplent effectivement aux photons. les axions émergeraient de photons se rassemblant dans un environnement astrophysique intensément chaud et fusionnant. Processus Primakoff, dans lequel un photon interagit avec un bain d’électrons, produisant des axions.
L’axion, tel qu’il est proposé, est si petit qu’il se comporte parfois plus comme une onde que comme une particule, ce qui signifie qu’il fuit le scène du crime avec une relative facilité. Mais le proton est (relativement) massif, il faut donc un moment pour que la particule émerge de ce foyer d’interaction. Plus précisément, cela prend 1,7 seconde : le délai que les chercheurs ont observé entre le signal d’onde gravitationnelle de une fusion d’étoiles à neutrons et le signal électromagnétique qui en découle.
« Nous recevons beaucoup de photons du ciel. Alors, comment pouvons-nous vraiment savoir que ce signal photonique provient de l’axion ? » Dev a déclaré. « Cela vient d’une désintégration de la particule, par rapport à des processus astrophysiques où les photons disparaissent de la diffusion. Il y a une différence dans le spectre. Nous pouvons analyser à la fois les informations temporelles et nous pouvons également analyser les caractéristiques spectrales. Et c’est là que nous pouvons dissocier ces types de nouveaux signaux physiques des processus astrophysiques standards.
Des expériences sur Terre visent également à réduire les plages de masse potentielles de l’axion. LUX-Zeplin, XÉNON-1T, et le Expérience ALPS II, qui a commencé à opérer en mai 2023, sont tous conçus pour rechercher des axions en profondeur sous terre. Mais il existe aussi d’autres projets, comme ADMX et le Pathfinder radio de la matière noire, travaillant à contraindre la gamme de masse sur des photons cachés (ou sombres), une autre classe de candidats à la matière noire. Les générations ultérieures de l’Obscurité Matter Radio chassera les axions.
La nouvelle recherche « donne de nouvelles contraintes sur les particules de type axion, car jusqu’à présent, nous n’avons vu aucun signal d’axions », Dev a déclaré. « Cela nous donne également l’espoir qu’à l’avenir, grâce à ces observations astrophysiques, nous pourrons mieux comprendre les phénomènes de type axion. particules. Et ce sera complémentaire aux recherches en laboratoire qui se effectuent.»
La chasse aux axions équivaut beaucoup à l’utilisation d’un détecteur de métaux sur une très, très grande plage. Le plus souvent, les physiciens et les physiciens et Les astronomes ne détectent rien. Mais rechercher dans toute la gamme des masses potentielles des axions et des particules de type axion est le meilleur moyen d’éventuellement retrouvez-les.
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