Axioner är en hypotetisk partikel som kan förklara förekomsten av mörk materia. Men det kan ibland interagera med normal materia, särskilt i stjärnornas kärnor. Ett team av fysiker har letat efter bevis på axioner i Betelgeuse och inte kommit fram till någonting. Det betyder inte att axionen inte existerar, men det betyder att det blir svårare att hitta.
Vi vet inte vad den mörka materien är, vilket är namnet vi ger den komponent i universum som utgör 85% av all massa. Vad det än är, är det en form av partikel som är okänd för fysikens standardmodell. Det får också nästan aldrig interagera med fotoner eller normal materia, annars skulle vi ha sett det vid det här laget. Det finns många kandidater för mörk materia, och en familj av kandidatpartiklar är det känd som axionerna , som förutsägs i olika teorier om högenergifysik.
Vid första anblicken passar axionen, eftersom den är liten, lätt och nästan aldrig interagerar med lätt eller normal materia. Nästan. Om axionen är av ett visst slag som kallas 'ultralight', kan det potentiellt bli detekterbart genom en process som kallas Primakoff-effekten. Denna effekt kräver några ingredienser för att fungera. Om en foton är inbäddad i en superstarkt magnetfält , kan den ibland bestämma sig för att förvandlas till en axion. Den axionen skulle sedan resa vart den vill, eftersom den egentligen inte interagerar med något annat. Men om den axionen stöter på ett annat magnetfält, kan det förvandlas till en foton, vanligtvis något högenergi som en röntgenstråle, som avger en ljusblixt som förråder existensen av axionen och Primakoff-effekten.
Stjärnor har riktigt starka magnetfält i sina kärnor , så de kan vara axionsfabriker. Och dessa axioner kan avge röntgenstrålning. Vi skulle älska att använda vår sol som ett laboratorium för detta, men tyvärr är den upptagen med att släppa ut alla möjliga sorters röntgenstrålar av sina egna skäl, så det är svårt att säga om de kommer från axioner eller något mycket mindre exotiskt.
Men Betelgeuse är en annan historia. Det är en jättestjärna nära slutet av sitt liv. Det är mycket svalare än solen, så det avger nästan aldrig röntgenstrålar. Så om axioner existerar, och Primakoff-effekten är korrekt, borde Betelgeuse sända ut en detekterbar mängd röntgenstrålar.
Ett team av forskare baserade på MIT gjorde precis det... och hittade knäböj . Ingen röntgen. Inga tecken på axioner.
'Vad våra resultat säger är att om du vill leta efter dessa riktigt lätta partiklar, som vi letade efter, kommer de inte att prata särskilt mycket med fotoner', säger Kerstin Perez, biträdande professor i fysik vid MIT. 'Vi gör i princip allas liv svårare eftersom vi säger, 'du kommer att behöva tänka på något annat som skulle ge dig en axion-signal'.'
Dessa resultat utesluter inte förekomsten av axioner helt och hållet. Det betyder bara att om de är ultralätta måste deras förmåga att omvandlas till fotoner och vice versa vara väldigt liten. Faktum är att dessa resultat med enbart Betelgeuse ger begränsningar för denna lätthet att övergå som är tre gånger större än något laboratorieexperiment.
Så vi fortsätter jaga.