Kunstnerens indtryk af en magnetar type neutronstjerne. (ESO/L. Calçada) Beviser for en længe søgt hypotetisk partikel kunne have gemt sig i almindeligt (røntgen) syn hele tiden.
Røntgenstrålingen, der kommer fra en samling neutronstjerner kendt som Magnificent Seven, er så overdreven, at den kan komme fra aksioner, en længe forudsagt slags partikel, smedet i de tætte kerner af disse døde objekter, har videnskabsmænd demonstreret.
Hvis deres fund bekræftes, kan denne opdagelse hjælpe med at opklare nogle af mysterierne i det fysiske univers – herunder arten af det mystiske mørkt stof der holder det hele sammen.
'At finde aksioner har været en af de største indsatser inden for højenergipartikelfysik, både i teorien og i eksperimenter,' sagde astronom Raymond Co fra University of Minnesota.
'Vi tror, at aksioner kunne eksistere, men vi har ikke opdaget dem endnu. Du kan tænke på aksioner som spøgelsespartikler. De kan være hvor som helst i universet, men de interagerer ikke stærkt med os, så vi har ikke nogen observationer af dem endnu.'
Aksioner er hypotetiske partikler med ultra-lav masse, først teoretiseret i 1970'erne for at løse spørgsmålet om, hvorfor stærke atomkræfter følger efter noget, der kaldes ladningsparitetssymmetri , når de fleste modeller siger, at de ikke behøver det.
Axioner forudsiges af mange modeller afstrengteori– et forslag til løsning på spændingen mellem generel relativitetsteori og kvantemekanik – og aksioner af en specifik masse er også enstærk mørkt stof kandidat. Så forskerne har en række rigtig gode grunde til at gå på jagt efter dem.
Hvis de eksisterer, forventes aksioner at blive produceret inde i stjerner. Disse stjerneaksioner er ikke det samme som mørke stofaksioner, men deres eksistens ville indebære eksistensen af andre slags aksioner.
En måde at søge efter aksioner er ved at lede efter overskydende stråling. Aksioner forventes at henfalde til par af fotoner i nærvær af et magnetfelt - så hvis mere elektromagnetisk stråling, end der burde være, detekteres i et område, hvor dette henfald forventes at finde sted, kan det udgøre bevis for aksioner.
I dette tilfælde er overskydende hård røntgenstråling præcis, hvad astronomer har fundet, når de ser på Magnificent Seven.
Disse neutronstjerner - de kollapsede kerner af døde massive stjerner, der døde i en supernova - er ikke samlet i en gruppe, men deler en række træk til fælles. De er alle isolerede neutronstjerner omkring middelalderen, et par hundrede tusinde år siden stjernedød.
De er alle afkølende og udsender lavenergi (bløde) røntgenstråler, mens de gør det. De har alle stærke magnetfelter, billioner af gange stærkere end Jordens,kraftig nok til at udløse axion-henfald. Og de er alle relativt nærliggende, inden for 1.500 lysår fra Jorden.
Dette gør dem til et fremragende laboratorium til at lede efter aksioner, og da et team af forskere - ledet af seniorforfatter og fysiker Benjamin Safdi fra Lawrence Berkeley National Laboratory - studerede Magnificent Seven med flere teleskoper, identificerede de højenergi (hårdt) X -stråleemission forventes ikke for neutronstjerner af den type.
I rummet er der dog mange processer, der kan producere stråling, så holdet måtte nøje undersøge andre potentielle kilder til emissionen. Pulsarer udsender f.eks. hård røntgenstråling; men de andre former for stråling, der udsendes af pulsarer, såsom radiobølger, er ikke til stede i de storslåede syv.
En anden mulighed er, at uopløste kilder i nærheden af neutronstjernerne kunne producere den hårde røntgenstråling. Men de datasæt, som holdet brugte, fra to forskellige rumrøntgenobservatorier - XMM-Newton og Chandra - indikerede, at emissionen kommer fra neutronstjernerne. Holdet fandt heller ikke, at signalet sandsynligvis er resultatet af en ophobning af blød røntgenstråling.
'Vi er ret overbeviste om, at dette overskud eksisterer, og meget overbeviste om, at der er noget nyt blandt dette overskud,' sagde Safdi . 'Hvis vi var 100 procent sikre på, at det, vi ser, er en ny partikel, ville det være enormt. Det ville være revolutionerende i fysik.'
Dermed ikke sagt, at overskuddet er en ny partikel. Det kan være en hidtil ukendt astrofysisk proces. Eller det kunne være noget så simpelt som en artefakt fra teleskoperne eller databehandling.
'Vi påstår ikke, at vi har fundet aksionen endnu, men vi siger, at de ekstra røntgenfotoner kan forklares med aksioner,' sagde Co . 'Det er en spændende opdagelse af overskuddet i røntgenfotonerne, og det er en spændende mulighed, der allerede er i overensstemmelse med vores fortolkning af aksioner.'
Det næste trin vil være at forsøge at verificere fundet. Hvis overskuddet er produceret af aksioner, bør det meste af strålingen udsendes ved højere energier end XMM-Newton og Chandra er i stand til at detektere. Holdet håber at bruge et nyere teleskop, NASA's NuSTAR, til at observere Magnificent Seven på tværs af et bredere udvalg af bølgelængder.
Magnetiserede hvide dværgstjerner kunne være et andet sted at lede efter axionemission. Ligesom Magnificent Seven har disse objekter stærke magnetiske felter og forventes ikke at producere hård røntgenstråling.
'Det begynder at være ret overbevisende, at dette er noget ud over Standard model hvis vi også ser et røntgenoverskud der,' sagde Safdi .
Forskningen er publiceret i Fysiske anmeldelsesbreve .