Üç farklı üniversiteden bir grup fizikçi, nötron yıldızlarını çevreleyen büyük bulutların aksiyon adı verilen inanılmaz derecede zayıf parçacıklar içerebileceğini gösterdi. Bu aksiyonlara tanık olmak çok zor olmayabileceği gibi, kozmologların karanlık madde arayışına da bir cevap olabilir.
Physical Review X araştırmayı, aksiyonları ve nötron yıldızlarını benzer şekilde, ancak tamamen farklı bir açıdan inceleyen daha önceki çalışmaların devamı olarak sundu.
Bilim insanları şimdi, yıldızdan kaçmayı başaran aksiyonlara odaklanan önceki çalışmalarının aksine, nötron yıldızının yerçekimi onları hapsettikten sonra kalan aksiyonlara odaklanıyor. Aksion bulutlarının teleskoplarımızda tespit edilebileceği ortaya çıktı; bu parçacıklar zaman içinde nötron yıldızını çevreleyen bir pus bulutu oluşturmalı.
O halde neden uzak yıldızların etrafındaki puslu bulutlar fizikçilerin ve astronomların bu kadar ilgisini çekiyor?
Çoğu insan bu atomaltı parçacıklardan birkaçının adını bilir: protonlar, nötronlar, elektronlar ve fotonlar.
Aksion diğer parçacıklar kadar iyi bilinmemektedir ve bunun nedeni hala teorik olarak emekleme aşamasında olmasıdır; hiç kimse onu tespit edememiştir.
Varlığı ilk olarak 1970’lerde, belirli bir sabun markasından sonra, o zamanlar nispeten kolaylıkla gözlemlenebilen bir parçacık olan nötron hakkındaki anlayışımızı netleştirmek amacıyla varsayılmıştır. Çekici teorik özelliklerine rağmen, bu aksiyonların inanılmaz hafif doğası, onları deneylerde veya gözlemlerde tespit etmeyi neredeyse imkansız hale getirecektir.
Aksionlar artık modern fiziğin en büyük muamması olan karanlık maddeyi açıklamak için de önde gelen bir rakip olarak görülüyor. Evrenimizdeki maddenin %85’inden fazlasının “karanlık” olduğunu, yani bilinen ya da gözlemlenebilen herhangi bir madde türünden oluşmadığını gösteren pek çok kanıt vardır.
Karanlık maddenin varlığını dolaylı olarak çıkarmanın tek yolu, görünür madde üzerindeki kütleçekimsel etkisidir. Neyse ki bu, karanlık maddenin görünür maddeyle başka bir şekilde etkileşime girmediğini kanıtlamaz; sadece sahip olduğu etkileşimlerin son derece zayıf olacağı anlamına gelir. Bu nedenle, terimin ima ettiği gibi, herhangi bir potansiyel karanlık madde adayına doğrudan tanıklık etmek son derece zordur.
Bulmacanın parçalarını bir araya getiren bilim insanlarına göre aksion, karanlık maddenin gizemini çözen anahtar olabilir. Diğer parçacıklarla olağanüstü zayıf etkileşimleri olan ve henüz gözlemlenmemiş bir parçacık olan aksionlar karanlık madde için bir açıklama sağlayabilir mi?
Nötron yıldızlarından yapılmış büyüteçler
Bir karanlık madde parçacığı olarak aksion kavramı çekici görünse de, fizik alanında bir fikir ancak gözlemlenebilir sonuçlara yol açıyorsa gerçekten çekicidir. Potansiyel varlıklarına dair ilk öneriden elli yıl sonra, aksiyonlara tanık olmanın hala bir yolu var mı?
İdeal olarak, aksiyonlar elektrik ve manyetik alanlara maruz kaldıklarında fotonlara ve fotonlar da aksiyonlara olmak üzere iki yönlü bir dönüşüm geçirebilirler.
Işık gözlemlenebilir olduğundan, aksiyonların küçük eşleşen etkileşim gücü nedeniyle tipik olarak çok az ışık yaydığı sonucuna varabiliriz. İdeal olarak son derece güçlü elektromanyetik alanlarda son derece yüksek aksiyon konsantrasyonuna sahip bir ortam durumu hariç.
Bu nedenle, evrenimizde var olduğu bilinen en yoğun yıldızlar olan nötron yıldızları araştırmacılar tarafından dikkate alınmıştır. Bu nesneler yaklaşık 12-15 kilometre büyüklüğünde ve güneşimizle karşılaştırılabilir kütlelere sahip, ancak yıldızlara sıkışmış durumda.
Bu gibi son derece yüksek yoğunluklar, Dünya’nınkinden milyarlarca kat daha güçlü devasa manyetik alanlar içeren eşit derecede aşırı bir ortam üretir. Yeni kanıtlar, eğer böyle parçacıklar varsa, nötron yıldızlarının manyetik alanları aracılığıyla yüzeylerine yakın aksiyonları kütle halinde üretebileceğini göstermektedir.
Çalışma ekibi oluşacak aksiyonların miktarlarını, izleyecekleri yolları ve ışığa dönüşmelerinin nasıl zayıf ama belki de görünür bir sinyalle sonuçlanabileceğini hesapladılar. Vurguları, oluşumu takiben yıldızdan ayrılan aksiyonlar üzerineydi.
Şimdi ise bunu başaramayan aksiyonları, yani küçük kütlelerine rağmen nötron yıldızının muazzam çekim gücüne kapılanları düşünüyorlar.
Aksiyonun zayıf etkileşimleri, bu parçacıkların kalmasını ve sonunda milyonlarca yıl boyunca nötron yıldızının etrafında birikmesini sağlar. Bu durum nötron yıldızlarını çevreleyen son derece yoğun aksion bulutlarının oluşmasına yol açabilir ve bu da aksion çalışmaları için fantastik yeni yollar açar.
Makalenin yazarları bu aksion bulutlarının nasıl oluştuğunu, hangi özelliklere sahip olduklarını ve nasıl daha da gelişeceklerini inceliyor; bu bulutların
Kaynak: phys.org/news/2024-10-physicists-neutron-stars-shrouded-clouds.html
