Плазмонные эффекты в магнитосферах нейтронных звезд могут усложнить поиск аксионов
Тёмная материя — загадочная форма материи, которая не излучает, не отражает и не поглощает свет, но, согласно теориям, составляет большую часть массы Вселенной. Поскольку её нельзя обнаружить обычными экспериментальными методами, природа и состав тёмной материи остаются неизвестными.
Одни из главных кандидатов на роль частиц тёмной материи — аксионы. Теория предполагает, что аксионы могут превращаться в фотоны при определённых условиях, что может создавать сигналы, фиксируемые специализированным оборудованием.
В сильных магнитных полях, таких как поля нейтронных звёзд-магнетаров, конверсия аксионов в фотоны, как ожидается, генерирует слабые радиосигналы. Эти сигналы теоретически можно зафиксировать с помощью мощных наземных или космических радиотелескопов.
Однако исследователи из Политехнического института Лиссабона и других научных организаций показали, что часть таких сигналов может теряться ещё до выхода в космическое пространство из-за взаимодействия аксионов с плазмой в магнитосферах магнетаров (областях вокруг звёзд, где доминируют магнитные поля).
Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, может повлиять на стратегии обнаружения аксионов с помощью радиотелескопов.
«Наше исследование началось с простого разговора “а что, если” между мной и соавторами», — рассказывает Уго Терсас, доцент Высшего инженерного института Лиссабона и ведущий автор работы. — «Мы обсуждали, как аксионы взаимодействуют с плазмонами — коллективными колебаниями в плазме. Осознав, что такой “диалог” возможен, мы задумались: где во Вселенной это может происходить?»
После анализа возможных условий учёные обратили внимание на экстремальную среду магнитосфер магнетаров. Эти регионы стали идеальным полигоном для проверки их гипотезы.
«Раньше учёные искали определённую “ноту” в космосе — сигнал от аксионов, — объясняет Терсас. — Мы обнаружили, что в “флейте” (механизме генерации сигнала) есть утечка. Часть “воздуха” (аксионов) переходит в другой “инструмент” (плазмоны), который не слышен. В итоге сигнал становится тише, чем предсказывали расчёты».
Команда количественно оценила, насколько сигнал ослабевает из-за конверсии аксионов в плазмоны. Оказалось, что существующие радиотелескопы недостаточно чувствительны для регистрации таких слабых сигналов.
«Самое интересное в нашей работе — универсальность механизма, — подчёркивает Терсас. — Мы изучали его на примере тёмной материи и магнетаров, но он применим и к другим системам. Например, в токамаках для термоядерного синтеза: электромагнитные волны преобразуются в плазменные, нагревая систему. Это та же физика!»
Эффект взаимодействия аксионов с плазмонами может быть актуален и за пределами физики тёмной материи. Исследование предлагает новый подход к пониманию преобразования энергии в различных физических системах.
«Мы показали, как фундаментальная физика связывает, казалось бы, далёкие области науки, — говорит Терсас. — Теперь мы хотим перейти от пассивного наблюдения к активному созданию условий для генерации аксионов».
В планах учёных — создание «синтетической» плазмы в лаборатории. «Это инженерная среда, имитирующая условия магнитосферы магнетара, — уточняет Терсас. — Так мы сможем управлять параметрами и стимулировать конверсию аксионов через открытый нами механизм. Это прямой путь к их обнаружению».
Исследование также ставит вопросы о роли плазменных взаимодействий в других астрофизических процессах. Например, аналогичные механизмы могут влиять на распространение радиоволн в экзопланетных системах или вблизи чёрных дыр. Более того, лабораторное моделирование таких условий может пролить свет на процессы в ядрах активных галактик, где интенсивные магнитные поля и плазма играют ключевую роль. Успех в создании синтетической плазмы не только приблизит обнаружение аксионов, но и откроет новые пути в управлении термоядерными реакциями, что важно для разработки устойчивых источников энергии.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
