En ny binding til aksioner

En axion er en hypotetisk elementarpartikel, hvis eksistens blev postuleret for at forklare, hvorfor visse subatomare reaktioner synes at overtræde grundlæggende symmetribegrænsninger, især symmetri i tid. Nobelprisen i fysik i 1980 gik til opdagelsen af ​​tidsasymmetriske reaktioner. I mellemtiden i de følgende årtier, astronomer, der studerede galaksers bevægelser og karakteren af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, indså, at det meste af stoffet i universet ikke var synligt. Det blev kaldt mørkt stof, og nutidens bedste målinger viser, at omkring 84 % af stoffet i kosmos er mørkt. Denne komponent er mørk, ikke kun fordi den ikke udsender lys – den er ikke sammensat af atomer eller deres sædvanlige bestanddele, som elektroner og protoner, og dens natur er mystisk. Axioner er blevet foreslået som en mulig løsning. Partikelfysikere, imidlertid, har hidtil ikke været i stand til direkte at opdage aksioner, lader deres eksistens være i tvivl og genopliver de gåder, de skulle løse.

CfA-astronomen Paul Nulsen og hans kolleger brugte en ny metode til at undersøge arten af ​​axioner. Kvantemekanik begrænser aksioner, hvis de findes, at interagere med lys i nærvær af et magnetfelt. Når de formerer sig langs et stærkt felt, aksioner og fotoner bør transmutere fra den ene til den anden på en oscillerende måde. Fordi styrken af ​​enhver mulig effekt til dels afhænger af fotonernes energi, astronomerne brugte Chandra X-ray Observatory til at overvåge lysstærk røntgenstråling fra galakser. De observerede røntgenstråler fra kernen i galaksen M87, som vides at have stærke magnetiske felter, og som (i en afstand på kun 53 millioner lysår) er tæt nok til at muliggøre præcise målinger af variationer i røntgenstrømmen. I øvrigt, M87 ligger i en klynge af galakser, jomfruen klyngen, hvilket skal sikre, at magnetfelterne strækker sig over meget store skalaer og også lette tolkningen. Ikke mindst, M87 er blevet omhyggeligt undersøgt i årtier, og dens egenskaber er relativt velkendte.

Søgningen fandt ikke signaturen af ​​aksioner. Det gør det, imidlertid, sætte en vigtig ny grænse for styrken af ​​koblingen mellem aksioner og fotoner, og er i stand til at udelukke en væsentlig brøkdel af de mulige fremtidige eksperimenter, der kan udføres for at påvise aksioner. Forskerne bemærker, at deres forskning fremhæver styrken af ​​røntgen-astronomi til at undersøge nogle grundlæggende spørgsmål inden for partikelfysik, og pege på supplerende forskningsaktiviteter, der kan udføres på andre lysstærke røntgengalakser.