A 200 millió fényévnyire levő galaxishalmaz szívében a csillagászok nem tudták felismerni az axionoknak nevezett hipotetikus részecskéket.
Ez új korlátokat ró arra, hogy szerintünk miként működnek ezek a részecskék, ugyanakkor meglehetősen komoly következményei vannak a húrelméletre és a Mindenség elméletének fejlesztésére is, amely leírja a fizikai univerzum működését.
A tudósok nagyon jó elméletekkel álltak elő, amikor megértették az univerzum működését. Az egyik az általános relativitáselmélet, amely leírja a fizika makroszintű működését. A másik a kvantummechanika, amely leírja, hogy a dolgok miként viselkednek atom- és szubatomi szinten.
A nagy probléma az, hogy a két elmélet nem áll össze. Az általános relativitáselmélet nem csökkenthető kvantumszintre, és a kvantummechanika nem terjeszthető ki. Számos próbálkozás volt arra, hogy barátokká váljanak az úgynevezett Minden elmélet fejlesztésével.
Az egyik legígéretesebb jelölt az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika közötti különbségek feloldására az úgynevezett húrelmélet, amely magában foglalja a részecskefizika pontrészecskéinek kicserélését apró, rezgő egydimenziós húrokkal.
Ezenkívül számos húrelméleti modell előrejelzi a tengelyek létezését, az ultra-kis tömegű részecskék először az 1970-es években feltételezték, hogy megválaszolják azt a kérdést, hogy miért követik az erős atomerők az úgynevezett töltésparitás-szimmetriát, amikor a legtöbb modell szerint nem. . Mint kiderült, a húrelmélet több olyan részecskét is megjósol, amelyek axiónként viselkednek, úgynevezett axionszerű részecskéknek.
Az axionszerű részecskék egyik tulajdonsága, hogy fotonokká válhatnak, amikor átmennek egy mágneses téren; fordítva, a fotonok axionszerű részecskékké válhatnak, amikor átmennek egy mágneses téren. Ennek bekövetkezésének valószínűsége számos tényezőtől függ, beleértve a mágneses tér erősségét, a megtett távolságot és a részecskék tömegét.
A tudósok a Chandra röntgen obszervatórium segítségével tanulmányozták az NGC 1275 galaxis aktív magját, amely mintegy 237 millió fényévnyire fekszik a Perseus klaszter nevű galaxishalmaz közepén.
Nyolc napos megfigyeléseik végül alig, egyáltalán nem tudtak a fekete lyukról. De aztán rájöttek, hogy az adatok felhasználhatók axionszerű részecskék keresésére.
“Az NGC1275 röntgenfényének át kell haladnia a Perseus klaszter forró gázán, és ez a gáz mágneses” – magyarázta Reynolds.
A mágneses mező viszonylag gyenge (10 000-szer gyengébb, mint a Föld felszínén található mágneses mező), de a fotonoknak hatalmas távolságot kell megtenniük ezen a mágneses mezőn keresztül. Ez azt jelenti, hogy bőséges lehetőség nyílik ezen fotonok axionszerű részecskékké történő átalakítására (feltéve, hogy az axionszerű részecskék kellően kis tömegűek).
Mivel az átalakulás valószínűsége a foton hullámhosszától függ, a megfigyeléseknek torzítást kell feltárniuk, mivel egyes hullámhosszok hatékonyabban alakulnak át, mint mások.
Körülbelül egy éves fáradságos munka kellett a kutatóknak, de végül nem találtak ilyen torzulást.
Ez azt jelenti, hogy a tudósok kizárhatják a tengelyek létezését abban a tömegtartományban, amelyre a megfigyeléseik érzékenyek voltak – az elektron tömegének akár egymilliárdosáig.
“Vizsgálatunk nem zárja ki ezen részecskék létezését, de természetesen nem segíti a húrelméletet” – mondta Helen Russell csillagász, az Egyesült Királyság Nottingham Egyetemének munkatársa.
A tanulmány az Astrophysical Journal című folyóiratban jelent meg.
Források: Fotó: NASA / CXC / SAO / E.Bulbul és mtsai.
