W październiku 2022 roku naukowcy zaobserwowali eksplozję gwiazdy oddalonej o 2,4 miliarda lat świetlnych, która okazała się najjaśniejszą tego rodzaju eksplozją w historii. Podczas zapadania się jądra gwiazdy w czarną dziurę doszło do emisji promieniowania gamma – zdarzenia nazwanego GRB 221009A. Wyemitowana energia osiągnęła aż 18 teraelektronowoltów, co sprawiło, że eksplozja zyskała miano „BOAT” – Brightest Of All Time, czyli najjaśniejszej w historii.

Pomimo tych przełomowych danych, zjawisko wywołało poważne pytania wśród astrofizyków. Modele teoretyczne sugerują, że fotony o energii wyższej niż 10 teraelektronowoltów nie powinny docierać na Ziemię, ponieważ powinny być pochłaniane w interakcji z fotonami światła międzygalaktycznego, tzw. światła tła. Jak zatem możliwe jest zaobserwowanie fotonów o tak wysokiej energii?

Według zespołu naukowców pod kierownictwem Giorgio Galantiego z Narodowego Instytutu Astrofizyki we Włoszech rozwiązaniem tej zagadki mogą być cząstki podobne do aksjonów (ang. Axion-Like Particles, ALPs). Są one jednym z czołowych kandydatów na ciemną materię – niewidzialną substancję, która stanowi aż 85 procent masy Wszechświata, a jej obecność tłumaczy nadmiar siły grawitacji w kosmosie.

Aksjony, przewidywane przez teorię strun, mają zdolność oddziaływania z fotonami w obecności pól magnetycznych. Według badaczy interakcje między fotonami a aksjonami w przestrzeni międzygalaktycznej mogą sprawić, że przestrzeń stanie się bardziej „przezroczysta” dla światła o wysokiej energii. To z kolei wyjaśniałoby, dlaczego promieniowanie gamma o energii 18 teraelektronowoltów dotarło do nas i zostało wykryte przez detektor LHAASO.

Aksjony są trudne do wykrycia, ponieważ podobnie jak neutrina nie wchodzą w interakcje z normalną materią, co czyni je niemal niewidzialnymi. Mimo to są intensywnie poszukiwane, ponieważ ich istnienie mogłoby wyjaśnić tajemnicę ciemnej materii. Dotychczasowe badania światła pochodzącego z odległych blazarów już wcześniej sugerowały możliwość istnienia takich cząstek, ale eksplozja GRB 221009A dostarczyła nowego laboratorium do ich badania.

Naukowcy uważają, że wykrycie fotonów o tak wysokiej energii może być pierwszym pośrednim dowodem na istnienie aksjonów. Potrzeba jednak więcej badań i obserwacji, by potwierdzić tę hipotezę. W szczególności neutronowe gwiazdy mogą być miejscem intensywnego powstawania aksjonów, co może dostarczyć kolejnych dowodów na ich istnienie.

Badanie GRB 221009A nie tylko rzuca nowe światło na zrozumienie procesów w kosmosie, ale także przybliża nas do rozwiązania jednej z największych zagadek Wszechświata – natury ciemnej materii. Choć dowody są jeszcze wstępne, eksplozja „BOAT” staje się kolejnym krokiem w kierunku rozwikłania tej kosmicznej tajemnicy.

Źródło: Science Alert