Тёмная материя, составляющая около 85% всей материи во Вселенной, остаётся одной из величайших загадок современной науки. Одной из главных гипотез является существование аксионов — гипотетических элементарных частиц, которые могут объяснить свойства тёмной материи.
Сверхновые — это катастрофические взрывы массивных звёзд, сопровождающиеся колоссальным выбросом энергии. Учёные предполагают, что в первые 10 секунд после такого взрыва могут возникать аксионы. Если эти частицы существуют, они будут преобразовываться в гамма-лучи под воздействием интенсивных магнитных полей, создаваемых вблизи нейтронных звёзд.
Обнаружение аксионов возможно с помощью орбитальных гамма-телескопов, таких как Fermi Gamma-ray Space Telescope. Однако сложность заключается в том, что вероятность успешной фиксации гамма-всплесков от ближайшей сверхновой крайне мала — около 1 из 10. Это связано с узким полем зрения телескопа, который должен быть направлен точно в сторону взрыва.
Если аксионы будут обнаружены, это станет революцией в астрофизике. Единичное наблюдение гамма-лучей позволит точно определить их массу, особенно для так называемого КХД-аксиона, который является основным кандидатом среди гипотетических частиц. В то же время отсутствие сигналов также даст важную информацию, исключив значительную часть теоретического диапазона масс и скорректировав стратегию дальнейших поисков тёмной материи.
Для того чтобы гамма-лучи от аксионов были достаточно яркими, сверхновая должна находиться в пределах Млечного Пути или его ближайших спутниковых галактик. К сожалению, такие события происходят крайне редко. Последний близкий взрыв был зафиксирован в 1987 году в Большом Магеллановом Облаке. В то время существовавший телескоп Solar Maximum Mission не обладал необходимой чувствительностью, чтобы обнаружить прогнозируемые гамма-лучи.
Учёные обеспокоены, что при вспышке ближайшей сверхновой мы можем упустить шанс зафиксировать аксионы. Чтобы этого не произошло, предлагается создать орбитальную группировку телескопов, способную круглосуточно мониторить всё небо. Этот проект получил рабочее название GALAXIS — GALactic AXion Instrument for Supernova. Такие телескопы обеспечат 100%-ное покрытие неба и исключат риск пропустить гамма-лучи.
«Если бы мы увидели сверхновую, подобную 1987A, с помощью современного телескопа, мы смогли бы либо доказать существование КХД-аксиона, либо исключить значительную часть теоретического диапазона его масс. И всё это произошло бы за считаные секунды», — отмечает Бенджамин Сафди, доцент Калифорнийского университета в Беркли.
