В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, Адриан Айала и руководитель ее докторской диссертации Инмакулада Домингес, оба члена исследовательской группы "FQM Stelar Evolution and Nucleosynthesis", установили ограничения на свойства одной из частиц, которые стремятся к можно идентифицировать как темную материю: аксионы.Среди исследователей этого проекта также были Маурицио Джаннотти (Университет Барри, США), Алессандро Мирицци (Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY, Германия) и Оскар Страньеро (Национальный астрофизический институт, INAF-астрономическая обсерватория в Терамо, Италия). Этот проект свидетельствует о растущем сотрудничестве между физиками элементарных частиц и астрофизиками, что положило начало относительно новому типу науки «астрономическая физика частиц».
В этом проекте ученые использовали звезды в качестве лабораторий по физике элементарных частиц: благодаря высокой температуре внутри звезд фотоны могут превращаться в аксионы, которые выходят наружу, неся с собой энергию.«Эта потеря энергии может иметь последствия, независимо от того, наблюдаемы они или нет, на некоторых этапах звездной эволюции», — говорит Адриан Айяла. «В наших исследованиях мы провели численное моделирование (на компьютере) эволюции звезды с момента ее рождения до тех пор, пока она не исчерпает сначала весь водород, а затем гелий в ее недрах, включая процессы, которые производят аксионы».
Результаты показывают, что испускание аксионов может значительно сократить время центрального горения гелия, так называемой фазы HB (Horizontal Branch): энергия, потребляемая аксионами, компенсируется энергией, обеспечиваемой ядерным сгоранием, что приводит к гораздо более быстрому сгоранию. расход гелия.«Используя это влияние на время, характерное для такого рода эволюции, мы можем определить эмиссию аксионов, поскольку высокая скорость эмиссии означает быструю фазу HB, тем самым уменьшая возможность наблюдения за звездами в этой фазе», — говорит Иммакулада Домингес.Максимальная скорость выброса аксионовВысокое качество недавних наблюдений шаровых скоплений позволяет контрастировать между результатами численных наблюдений, проведенных в рамках этого проекта, с фактическими данными. «Сравнивая количество звезд, наблюдаемых в фазе HB, с количеством звезд, наблюдаемых в другой фазе, не затронутой аксионами (например, фаза так называемой RGB, Red Giant Branch), мы сделали оценку максимальной скорости эмиссии аксионов. .Производство аксионов основано на постоянном взаимодействии аксион-фотон, которое характеризует взаимодействие между аксионом и фотонами. «Мы получили максимальный предел для этой константы, который является более строгим, чем те, которые были установлены до сих пор, как теоретически, так и экспериментально», — отмечают исследователи из Университета Гранады.
Авторы этого исследования указывают, что точность определения константы связи с помощью используемого метода «в значительной степени зависит от точности, с которой может быть оценено начальное содержание гелия в звездах шарового скопления».