Një re axioni rreth një ylli neutron. Ndërsa disa axione i shpëtojnë tërheqjes gravitacionale të yllit, shumë mbeten të lidhura me yllin dhe me kalimin e kohës formojnë një re që e rrethon atë. Ndërveprimi me fushën e fortë magnetike të yllit neutronik bën që disa axione të shndërrohen në fotone – dritë që më në fund mund ta zbulojmë me teleskopët tanë në Tokë. Kredi: Universiteti i Amsterdamit
Një ekip fizikanësh nga universitetet e Amsterdamit, Princeton-it dhe Oxford-it kanë treguar se grimcat jashtëzakonisht të lehta, të njohura si axione, mund të shfaqen në re të mëdha rreth yjeve neutron. Këto axione mund të përbëjnë një shpjegim për materien e errët të pakapshme që kozomologët kërkojnë—dhe më tepër, mund të mos jenë shumë të vështira për t’u vëzhguar.
Hulumtimi u publikua në revistën *Physical Review X* dhe është një vazhdim i punës së mëparshme, në të cilën autorët studiuan gjithashtu axionet dhe yjet neutron, por nga një këndvështrim krejtësisht i ndryshëm.
Ndërsa në punën e tyre të mëparshme ata hetuan axionet që i shpëtojnë yllit neutron, tani studiuesit përqendrohen te ato që mbeten pas—axionet që kapen nga graviteti i yllit. Me kalimin e kohës, këto grimca duhet të formojnë gradualisht një re të turbullt rreth yllit neutron, dhe rezulton se re të tilla axionesh mund të jenë të dukshme në teleskopët tanë. Por pse do të ishin astronomët dhe fizikanët kaq të interesuar për re të turbullta rreth yjeve të largët?
**Axionet: Nga sapuni te materia e errët**
Protonet, neutronet, elektronet, fotonet—shumica prej nesh janë të njohur me emrat e të paktën disa prej këtyre grimcave të vogla. Axioni është më pak i njohur dhe për një arsye të mirë: për momentin është vetëm një lloj grimce hipotetike—një grimcë që askush ende nuk e ka zbuluar.
I quajtur sipas një marke sapuni, ekzistenca e tij u postula për herë të parë në vitet 1970 për të zgjidhur një problem—kështu edhe referenca e sapunit—në kuptimin tonë të një prej grimcave që mund ta vëzhgonim shumë mirë: neutroni. Megjithatë, ndërsa teorikisht është shumë i dobishëm, nëse këto axione ekzistonin, ato do të ishin jashtëzakonisht të lehta, duke i bërë shumë të vështira për t’u zbuluar në eksperimente ose vëzhgime.
Sot, axionet janë gjithashtu të njohura si një kandidat kryesor për të shpjeguar materien e errët, një nga misteret më të mëdha në fizikën bashkëkohore. Shumë pjesë të ndryshme të provave sugjerojnë se rreth 85% e përmbajtjes së materies në universin tonë është “e errët,” që thjesht do të thotë se nuk është e përbërë nga asnjë lloj materieje që ne njohim dhe mund të vëzhgojmë aktualisht.
Në vend të kësaj, ekzistenca e materies së errët vetëm inferohet në mënyrë indirekte përmes ndikimit gravitacional që ajo ushtron mbi materien e dukshme. Fatmirësisht, kjo nuk do të thotë automatikisht se materia e errët nuk ka asnjë ndërveprim tjetër me materien e dukshme, por nëse ekzistojnë ndërveprime të tilla, forca e tyre është domosdoshmërisht e vogël. Siç sugjeron emri, çdo kandidat i vlefshëm për materien e errët është kështu jashtëzakonisht i vështirë për t’u vëzhguar drejtpërdrejt.
Duke i bashkuar këto fakte, fizikanët kanë kuptuar se axioni mund të jetë pikërisht ajo që po kërkojnë për të zgjidhur problemin e materies së errët. Një grimcë që ende nuk është vëzhguar, e cila do të ishte jashtëzakonisht e lehtë dhe do të kishte ndërveprime shumë të dobëta me grimcat e tjera… a mund të jenë axionet të paktën një pjesë e shpjegimit për materien e errët?
**Yjet neutron si zmadhues optikë**
Ideja e axionit si grimcë e materies së errët është e mirë, por në fizikë një ide është vërtet e mirë vetëm nëse ka pasoja të vëzhgueshme. A do të kishte një mënyrë për të vëzhguar axionet pas gjithë kësaj, pesëdhjetë vjet pas propozimit të mundshëm të ekzistencës së tyre?
Kur ekspozohen ndaj fushave elektrike dhe magnetike, axionet pritet të jenë në gjendje të shndërrohen në fotone—grimca të dritës—dhe anasjelltas. Drita është diçka që dimë ta vëzhgojmë, por siç u përmend, forca e ndërveprimit përkatës duhet të jetë shumë e vogël, dhe për këtë arsye edhe sasia e dritës që axionet zakonisht prodhojnë është e tillë. Kjo do të thotë se duhet të konsiderohet një mjedis që përmban një sasi vërtet të madhe axionesh, idealisht në fusha elektromagnetike shumë të forta.
Kjo çoi studiuesit të konsideronin yjet neutron, yjet më të dendur të njohur në universin tonë. Këto objekte kanë masa të ngjashme me atë të diellit tonë, por të kompresuara në yje prej 12 deri në 15 kilometra në përmasë.
Dendësitë ekstreme krijojnë një mjedis po aq ekstrem, që përmban gjithashtu fusha magnetike të mëdha, miliarda herë më të forta se çdo që mund të gjejmë në Tokë. Kërkimet e fundit kanë treguar se, nëse axionet ekzistojnë, këto fusha magnetike lejojnë që yjet neutronikë të prodhojnë masivisht këto grimca pranë sipërfaqes së tyre.
**Ato që qëndrojnë pas**
Në punën e tyre të mëparshme, autorët u përqendruan te axionet që pas prodhimit arrijnë t’i shpëtojnë yllit—ata llogaritën sasitë në të cilat këto axione do të prodhoheshin, cilat trajektore do të ndiqnin dhe si shndërrimi i tyre në dritë mund të çonte në një sinjal të dobët por potencialisht të vëzhgueshëm.
Kësaj here, ata konsiderojnë axionet që nuk arrijnë të shpëtojnë—ato që, pavarësisht masës së tyre të vogël, kapen nga graviteti i madh i yllit neutron.
Për shkak të ndërveprimeve jashtëzakonisht të dobëta të axionit, këto grimca do të qëndrojnë rreth yllit dhe me kalimin e kohës, deri në miliona vjet, ato do të grumbullohen rreth yllit neutron. Kjo mund të rezultojë në formimin e reve shumë të dendura të axioneve rreth yjeve neutron, të cilat ofrojnë mundësi të pabesueshme të reja për kërkimin e axioneve.
Në punimin e tyre, studiuesit studiojnë formimin, si dhe vetitë dhe evolucionin e mëtejshëm të këtyre reve të axioneve, duke treguar se ato duhet dhe, në shumë raste, domosdoshmërisht ekzistojnë.
Në fakt, autorët argumentojnë se nëse axionet ekzistojnë, retë axion duhet të jenë të zakonshme (për një gamë të gjerë të vetive të axioneve ato duhet të formohen rreth shumicës, ndoshta edhe të të gjithë yjeve neutron), ato në përgjithësi duhet të jenë shumë të dendura (duke formuar një densitet ndoshta njëzet urdhra më i madh se dendësitë lokale
