Nel cuore di un ammasso di galassie a 200 milioni di anni luce di distanza, gli astronomi non sono riusciti a rilevare particelle ipotetiche chiamate assioni.
Questo pone nuovi vincoli su come pensiamo che queste particelle funzionino, ma ha anche alcune implicazioni piuttosto serie per la teoria delle stringhe e lo sviluppo di The Theory of Everything, che descrive come funziona l'universo fisico.
Gli scienziati hanno escogitato alcune teorie piuttosto buone quando si tratta di capire come funziona l'universo. Uno di questi è la relatività generale, che descrive come funziona la fisica a livello macro. L'altro è la meccanica quantistica, che descrive come si comportano le cose a livello atomico e subatomico.
Il grosso problema è che le due teorie non vanno d'accordo. La relatività generale non può essere ridotta al livello quantistico e la meccanica quantistica non può essere estesa. Ci sono stati molti tentativi per convincerli a diventare amici sviluppando la cosiddetta Teoria del Tutto.
Uno dei candidati più promettenti per risolvere le differenze tra la relatività generale e la meccanica quantistica è la cosiddetta teoria delle stringhe, che prevede la sostituzione delle particelle puntiformi nella fisica delle particelle con piccole stringhe unidimensionali vibranti.
Inoltre, molti modelli di teoria delle stringhe prevedono l'esistenza di assioni, particelle di massa ultra bassa ipotizzate per la prima volta negli anni '70 per affrontare la questione del perché le forze atomiche forti seguono quella che viene chiamata simmetria di parità di carica, quando la maggior parte dei modelli afferma di no. . A quanto pare, la teoria delle stringhe prevede anche più particelle che si comportano come assioni, chiamate particelle simili agli assioni.
Una delle proprietà delle particelle simili agli assioni è che possono trasformarsi in un fotone quando attraversano un campo magnetico; al contrario, i fotoni possono trasformarsi in particelle simili ad assioni quando attraversano un campo magnetico. La probabilità che ciò accada dipende da una serie di fattori, tra cui la forza del campo magnetico, la distanza percorsa e la massa delle particelle.
Gli scienziati hanno utilizzato l'Osservatorio a raggi X Chandra per studiare il nucleo attivo della galassia NGC 1275, che si trova a circa 237 milioni di anni luce di distanza al centro di un ammasso di galassie chiamato ammasso di Perseo.
Le loro osservazioni per otto giorni si sono concluse con poca o nessuna conoscenza del buco nero. Ma poi si sono resi conto che i dati potevano essere utilizzati per cercare particelle simili ad assioni.
“La luce dei raggi X proveniente da NGC1275 deve passare attraverso il gas caldo dell'ammasso di Perseo e questo gas viene magnetizzato”, ha spiegato Reynolds.
Il campo magnetico è relativamente debole (10.000 volte più debole del campo magnetico sulla superficie terrestre), ma i fotoni devono percorrere una distanza enorme attraverso questo campo magnetico. Ciò significa che vi sono ampie opportunità per convertire questi fotoni in particelle simili ad assioni (a condizione che le particelle simili ad assioni abbiano una massa sufficientemente bassa). '
Poiché la probabilità di conversione dipende dalla lunghezza d'onda del fotone, le osservazioni dovrebbero rivelare la distorsione, poiché alcune lunghezze d'onda vengono convertite in modo più efficiente di altre.
I ricercatori hanno impiegato circa un anno di meticoloso lavoro, ma alla fine non è stata trovata alcuna distorsione del genere.
Ciò significa che gli scienziati possono escludere l'esistenza di assioni nell'intervallo di massa a cui le loro osservazioni erano sensibili, fino a un miliardesimo della massa di un elettrone.
“Il nostro studio non esclude l'esistenza di queste particelle, ma certamente non aiuta la teoria delle stringhe”, ha detto l'astronomo Helen Russell dell'Università di Nottingham nel Regno Unito.
Lo studio è stato pubblicato sull'Astrophysical Journal.
Fonti: Foto: NASA / CXC / SAO / E. Bulbul, et al.
