Данные от телескопа Чандра и тест Теории всего

Данные от телескопа Чандра помогают протестировать "Теорию всего"


Одной из самых грандиозных идей в физике является возможность того, что все известные силы, частицы и взаимодействия могут быть связаны в единой структуре.
Пожалуй, именно теория струн является наиболее известным кандидатом "теории всего", которая связала бы воедино наше понимание физической Вселенной.

Несмотря на то, что в течение десятилетий в физическом сообществе циркулировало много различных версий теории струн, экспериментальных испытаний фактически было немного.
Однако в настоящее время астрономы с помощью космической рентгеновской обсерватории Чандра сделали значительный шаг вперёд в этой области.

Изучая скопления галактик - крупнейшие структуры во Вселенной, удерживаемые вместе гравитацией, исследователи пытались отыскать конкретную частицу, существование которой предсказывают многие модели теории струн.
Хотя поиски в результате не увенчались явным успехом, это не исключает теорию струн в целом, но наносит удар по некоторым моделям в этом сообществе идей.

"До недавнего времени я не имел понятия, сколько данных могут выложить астрономы, занимающиеся исследованиями в рентгеновском диапазоне, когда речь заходит о теории струн, - говорит Кристофер Рейнольдс из Кембриджского университета, который руководит исследованием. - Если эти частицы будут обнаружены, это навсегда изменило бы физику".

Частица, которую пытались отыскать Рейнольдс и его коллеги, называется "аксион". Эти ещё не обнаруженные частицы должны иметь чрезвычайно малую массу.
Учёные не знают точного диапазона масс, но многие теории предсказывают, что масса аксионов варьируется от одной миллионной массы электрона до практически нулевой.
Некоторые учёные считают, что аксионы могут объяснить тайну тёмной материи, на которую приходится подавляющее количество вещества во Вселенной.

Одним из необычных свойств этих частиц сверхмалой массы является то, что они могут иногда превращаться в фотоны (кванты света), проходя сквозь магнитные поля.
И наоборот: при определённых условиях фотоны также могут превращаться в аксионы. Как часто происходит это переключение между частицами, зависит от того, насколько легко они способны преобразовываться, другими словами - от их "конвертируемости".

Некоторые учёные предположили существование более широкого класса частиц сверхнизкой массы с подобными аксионам свойствами.
При этом аксионы имели бы единое значение конвертируемости при любой массе, а "аксионоподобные частицы" - ряд значений конвертируемости при одной и той же массе.

"Хотя поиск крошечных частиц, подобных аксионам, в гигантских структурах типа скоплений галактик может показаться бесконечно долгим, на самом деле это отличные места для поисков, - объясняет соавтор исследования Дэвид Марш из Стокгольмского университета в Швеции. - Магнитные поля в скоплениях галактик простираются на гигантские расстояния, а также часто содержат яркие источники рентгеновского излучения. В совокупности эти свойства повышают вероятность обнаружения конверсии (преобразования) аксионоподобных частиц".

Чтобы найти признаки конверсии аксионоподобных частиц, команда астрономов в течение пяти дней изучала данные наблюдений телескопом Чандра рентгеновского излучения от вещества, падающего в сверхмассивную чёрную дыру в центре галактического скопления Персея.
Длительное наблюдение и яркий источник рентгеновского излучения дали спектр с достаточной чувствительностью, чтобы он мог показать те искажения, которые ожидали увидеть учёные в случае наличия аксионоподобных частиц.

Однако отсутствие таких искажений позволило исследователям исключить наличие большинства типов аксионоподобных частиц в том диапазоне масс, к которому были чувствительны их наблюдения - то есть от одной миллионной до одной миллиардной части от массы электрона.

"Наши исследования не исключают существования этих частиц, но и не смогли их обнаружить, - говорит соавтор исследования Хелен Рассел из Ноттингемского университета в Великобритании. - Данные ограничения вписываются в диапазон свойств, предлагаемых теорией струн, и могут помочь теоретикам обновить свои теории".

Последние полученные результаты обладали примерно в три-четыре раза большей чувствительностью, чем при предыдущих поисках аксионоподобных частиц, произведённых с помощью телескопа Чандра и его наблюдений сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики М87.
Кроме того, новое исследование скопления Персея примерно в сто раз мощнее, чем текущие измерения, которые могут быть выполнены для предполагаемого диапазона масс в лабораториях на Земле.

Ясно, что одной из возможных интерпретаций этой работы является то, что аксионоподобных частиц не существует.
Другое же объяснение состоит в том, что частицы имеют более низкие значения конвертируемости, чем заданные пределы чувствительности этого наблюдения, и даже ниже, чем ожидали некоторые физики частиц. Но также их массы могут иметь и более высокие значения, чем исследовались в данных от Чандра.




Источник: https:// www.nasa.gov/ mission_pages/ chandra/ images/ chandra-data-tests-theory-of-everything.html