2008.06.17. - A Nap lehet a kulcs a sötét anyag rejtélyéhez?

A rejtélyes sötét anyag és energia utáni kutatás időnként egészen különleges elképzeléseket szül. Az egyik szerint a válasz a problémára talán a Nap belsejében keresendő.

A sötét anyag és energia kérdése az utóbbi évtized asztrofizikájának egyik legérdekesebb problémája. Az aktuális elképzelések szerint a Világegyetem több, mint 90 százalékát ez a misztikus "szubsztancia" alkotja, melynek - sokak által vitatott - létezése csak közvetett jelekből olvasható ki. Gravitációs hatása lehet felelős például a galaxisok vártnál gyorsabb forgásáért, de része lehet akár az Univerzum gyorsuló tágulásában is. A jelöltek sora a sötét anyag tisztére a neutrínóktól egészen a láthatatlan fekete lyukakig terjed.

Részlet a galaxishalmazok és a köztük lévő szálak kialakulásának az ún. CDM (Cold Dark Matter) modellen alapuló számítógépes szimulációjából.
[Andrey Kravtsov]

Az elméleti szakemberek szerint a legvalószínűbb azonban mégis az, hogy két, egyelőre hipotetikus részecskefajta lesz a befutó. Az egyik csoportba az ún. axionok tartoznak, míg a másikba a WIMP-ek (Weakly Interacting Massive Particles, gyengén kölcsönható nagytömegű részecskék). Utóbbiakra több tucat kutatócsoport vadászik, többek között a nemrég sikeresen felbocsátott GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) NASA-műhold gárdája, akik azt remélik, hogy a távcsővel detektálhatják a WIMP-ek és antirészecskéik annihilációjakor keletkező gamma-sugárzást. Az axionok keresése kevésbé népszerű, ennek oka David Tanner (University of Florida) szerint az lehet, hogy a WIMP-ek detektálását célzó berendezések sok-sok szakember együttes munkájának eredményei, másrészt ezek a nagytömegű részecskék sokkal érdekesebbek, mivel közük lehet olyan problémákhoz, mint a szuperszimmetria és az extra dimenziók létezésének kérdése.

A fentiek azonban nem vették el más kutatók, többek között Hugh Hudson (University of California, Berkeley) kedvét, aki az American Astronomical Society (AAS) 212., St. Louis-i tanácskozásán elhangzott előadása alapján az axionokat - ezeket a se elektromos töltéssel, se spinnel nem rendelkező, s ezért a normál anyaggal alig kölcsönható részecskéket - a Nap belsejében keresné. A vonatkozó elméletek szerint a Nap magjában nagy mennyiségben keletkeznek ilyen részecskék a mágneses térrel kölcsönható nagyenergiájú fotonokból. A normál anyaggal való gyenge kölcsönhatás miatt az axionok gyakorlatilag akadálytalanul haladnak a Nap belsejéből kifelé, azonban a napkoronát elérve az ottani szintén erős mágneses tér miatt visszaalakulnak fotonokká. Hudson és munkatársai ezeket a fotonokat szeretnék detektálni három működő röntgenteleszkóp, a Yohkoh, a RHESSI és a Hinode műszereivel. A jelenlegi röntgenképeken még semmi nyomuk, de Hudson reméli, hogy sok koronakép kombinálásával sikerül annyira lecsökkenteni az összes egyéb hatás okozta hátteret, hogy végül kiszűrhető lesz az axionokból visszaalakult fotonok nyoma. Természetesen az axionok nem csak a sötét anyag/energia kutatóinak jelenhetnék a "megoldást", segíthetnék a napfizikusok munkáját is, például a Nap belsejének részletesebb feltérképezésében, hőmérsékletének pontosabb meghatározásában, illetve a napkorona mágneses terének tanulmányozásában.

A CERN Axion Solar Telescope berendezése. A függőlegesen ± 8 fok tartományban mozgatható távcső napkelte és napnyugta környékén körülbelül másfél óráig alkalmas a Nap megfigyelésére, ami a ± 40 fokos vízszintes elmozdítási lehetőség miatt gyakorlatilag az egész év során folytatható. A berendezés röntgenkamerái az axionok és a mágneses tér kölcsönhatásakor keletkező fotonokat keresik. Azokban az időszakokban, amikor a Nap a horizont alatt tartózkodik, a berendezés a hátteret méri.
[CERN CAST Project]

Más axion-kereső csoportok detektorai a Földön vannak. A CERN Axion Solar Telescope (CAST) üzemeltetői szintén a Nap magjából származó axionokból a berendezésük szupravezető mágnesének hatására keletkező fotonokat remélik elcsípni röntgendetektoraikkal. A kaliforniai Lawrence Livermore National Laboratory Karl van Ribber vezette csoportja (LLNL Axion Project) tovább megy, szintén erős mágneses térben ők maguk akarnak axiont előállítani, s a visszaalakulást jelző mikrohullámú sugárzást detektálni. Bibber szerint az axion olyan kis tömegű, hogy szabad állapotban nem tud két fotonra bomlani. Egy fotont erős mágneses térbe juttatva azonban fennáll a lehetősége annak, hogy a valódi és a mágneses teret alkotó virtuális fotonok egyikének kölcsönhatásából axion jöjjön létre, illetve a fordított folyamat is végbemenjen. Bibber ugyanakkor hozzáteszi, hogy az axion-keresők esetleges sikere nem zárja ki automatikusan a WIMP-ek létezését. Jelen állás szerint a két hipotetikus részecske bármilyen arányú keveréke alkothatja a sötét anyagot, sőt, az elméleti fizikusok csak reménykedhetnek, hogy nincs esetleg több ezer fajta "sötét anyag"-részecske, mert az nyilván még tovább bonyolítaná az amúgy sem egyszerű képet ...

Az LLNL Axion Project berendezése egy 8 tesla erősségű mágneses tér előállítására képes, hat tonnás szupravezető tekercsből áll, aminek a belsejében egy rézzel bevont, rozsdamentes acélból készült henger van. A hengerben lévő üreg (rezonátor) mérete, s így érzékenységi frekvenciája léptetőmotorokkal mozgatható rúdak segítségével változtatható. A berendezésben az axion "foton - virtuális foton" párra történő bomlásakor keletkező gyenge mikrohullámú jelet keresik.
[LLNL Axion Project]

Forrás:

• SPACE.com