ربما تم اكتشاف آثار جسيم غامض تم توقعه منذ عقود

قد يكون الدليل على وجود جسيم افتراضي مطلوب منذ فترة طويلة مختبئًا في مشهد عادي (الأشعة السينية) طوال هذا الوقت.

أظهر العلماء أن انبعاث الأشعة السينية المنبعث من مجموعة من النجوم النيوترونية المعروفة باسم Magnificent Seven مفرط للغاية لدرجة أنه يمكن أن يكون قادمًا من المحاور ، وهو نوع من الجسيمات التي تم توقعها منذ فترة طويلة ، تم تشكيله في النوى الكثيفة لهذه الأجسام الميتة.

إذا تم تأكيد النتائج التي توصلوا إليها ، فقد يساعد هذا الاكتشاف في كشف بعض ألغاز الكون المادي – بما في ذلك طبيعة الغامض المادة المظلمة التي تجمع كل ذلك معًا.

“العثور على المحاور كان أحد الجهود الرئيسية في فيزياء الجسيمات عالية الطاقة ، سواء من الناحية النظرية أو في التجارب ،” قال عالم الفلك ريمون من جامعة مينيسوتا.

“نعتقد أن الأكسيونات يمكن أن توجد ، لكننا لم نكتشفها بعد. يمكنك التفكير في الأكسيونات على أنها جسيمات شبح. يمكن أن تكون في أي مكان في الكون ، لكنها لا تتفاعل معنا بقوة ، لذلك ليس لدينا أي ملاحظات منهم حتى الآن “.

الأكسيونات هي جسيمات افتراضية ذات كتلة منخفضة جدًا ، وُضعت لأول مرة في السبعينيات لحل مسألة لماذا تتبع القوى الذرية القوية شيئًا يسمى تناظر تكافؤ الشحنة، عندما تقول معظم العارضات إنهم لا يحتاجون إلى ذلك.

يتم توقع الأكسيونات بواسطة العديد من نماذج نظرية الأوتار – حل مقترح للتوتر بين النسبية العامة وميكانيكا الكم – ومحاور كتلة معينة هي أيضًا مادة مظلمة مرشحة قوية. لذا فإن لدى العلماء عددًا من الأسباب الوجيهة حقًا للبحث عنها.

إذا كانت موجودة ، فمن المتوقع أن يتم إنتاج الأكسيونات داخل النجوم. هذه الأكسيونات النجمية ليست هي نفسها أكسيونات المادة المظلمة ، لكن وجودها يعني وجود أنواع أخرى من المحاور.

إحدى طرق البحث عن الأكسيونات هي البحث عن الإشعاع الزائد. من المتوقع أن تتحلل الأكسيونات إلى أزواج من الفوتونات في وجود مجال مغناطيسي – لذلك إذا تم اكتشاف المزيد من الإشعاع الكهرومغناطيسي أكثر مما ينبغي في منطقة يُتوقع حدوث هذا الانحلال فيها ، فقد يشكل ذلك دليلًا على الأكسيونات.

في هذه الحالة ، فإن الأشعة السينية الزائدة هي بالضبط ما وجده علماء الفلك عند النظر إلى السبعة الرائعة.

هذه النجوم النيوترونية – النوى المنهارة للنجوم الضخمة الميتة التي ماتت في مستعر أعظم – لا تتجمع في مجموعة ، ولكنها تشترك في عدد من السمات. إنها جميعًا نجوم نيوترونية معزولة في منتصف العمر تقريبًا ، بعد بضع مئات الآلاف من السنين من الموت النجمي.

كلها تبرد ، تنبعث منها أشعة سينية منخفضة الطاقة (ناعمة) أثناء قيامها بذلك. لديهم جميعًا مجالات مغناطيسية قوية ، أقوى تريليونات المرات من الحقول الأرضية ، قوية بما يكفي لتحفيز تحلل الأكسيونات. وجميعها قريبة نسبيًا ، على بعد 1500 سنة ضوئية من الأرض.

هذا يجعلها مختبرًا ممتازًا للبحث عن الأكسيونات ، وعندما قام فريق من الباحثين – بقيادة المؤلف الكبير والفيزيائي بنجامين سافدي من مختبر لورانس بيركلي الوطني – بدراسة Magnificent Seven باستخدام تلسكوبات متعددة ، حددوا الطاقة العالية (الصعبة) X – انبعاث أشعة غير متوقع للنجوم النيوترونية من هذا النوع.

في الفضاء ، هناك العديد من العمليات التي يمكن أن تنتج الإشعاع ، لذلك كان على الفريق أن يدرس بعناية المصادر المحتملة الأخرى للانبعاثات. النجوم النابضة، على سبيل المثال ، تنبعث منها أشعة سينية قاسية ؛ لكن الأنواع الأخرى من الإشعاع المنبعث من النجوم النابضة ، مثل موجات الراديو ، غير موجودة في النجوم السبعة الرائعة.

الاحتمال الآخر هو أن المصادر التي لم يتم حلها بالقرب من النجوم النيوترونية يمكن أن تنتج انبعاث أشعة إكس الصلبة. لكن مجموعات البيانات التي استخدمها الفريق ، من مرصدين مختلفين للأشعة السينية – XMM-Newton و Chandra – أشارت إلى أن الانبعاث قادم من النجوم النيوترونية. كما وجد الفريق أنه من غير المحتمل أن تكون الإشارة نتيجة تراكم لانبعاثات الأشعة السينية.

“نحن على ثقة تامة من وجود هذا الفائض ، ونحن واثقون جدًا من وجود شيء جديد بين هذه الزيادة” قال الصفدي. “إذا كنا متأكدين بنسبة 100٪ أن ما نراه هو جسيم جديد ، فسيكون ذلك ضخمًا. سيكون ذلك ثورة في الفيزياء.”

هذا لا يعني أن الفائض هو جسيم جديد. يمكن أن تكون عملية فيزيائية فلكية لم تكن معروفة من قبل. أو يمكن أن يكون شيئًا بسيطًا مثل قطعة أثرية من التلسكوبات أو معالجة البيانات.

“نحن لا ندعي أننا توصلنا إلى اكتشاف الأكسيون حتى الآن ، لكننا نقول أن فوتونات الأشعة السينية الإضافية يمكن تفسيرها بواسطة الأكسيونات ،” قال المشارك. “إنه اكتشاف مثير للزيادة في فوتونات الأشعة السينية ، وهو احتمال مثير يتوافق بالفعل مع تفسيرنا للأكسيونات.”

ستكون الخطوة التالية هي محاولة التحقق من النتيجة. إذا تم إنتاج الفائض بواسطة الأكسيونات ، فيجب أن ينبعث معظم الإشعاع عند طاقات أعلى من طاقات XMM-Newton و Chandra القادرة على الكشف. يأمل الفريق في استخدام تلسكوب أحدث ، نوستار التابع لناسا ، لمراقبة السبعة الرائعة عبر نطاق أوسع من الأطوال الموجية.

يمكن أن تكون النجوم القزمة البيضاء الممغنطة مكانًا آخر للبحث عن انبعاثات الأكسيون. مثل Magnificent Seven ، تمتلك هذه الأجسام مجالات مغناطيسية قوية ولا يُتوقع أن تنتج انبعاث أشعة سينية قاسية.

“يبدأ هذا في أن يكون مقنعًا جدًا أن هذا شيء يتجاوز النموذج القياسي إذا رأينا فائضًا في الأشعة السينية هناك أيضًا ” قال الصفدي.

تم نشر البحث في رسائل المراجعة البدنية.