La particule d’axion insaisissable est plusieurs fois plus légère qu’un électron, avec des propriétés qui font à peine impression sur la matière ordinaire En tant que telle, la particule fantôme est l’un des principaux candidats en tant que composant de la matière noire – un type hypothétique et invisible de matière qui représenterait 85% de la masse de l’univers.

Les axions ont jusqu’ici échappé à la détection Les physiciens prédisent que s’ils existent, ils doivent être produits dans des environnements extrêmes, tels que les noyaux d’étoiles au précipice d’une supernova Lorsque ces étoiles crachent des axions dans l’univers, les particules, en rencontrant des champs magnétiques environnants, devraient brièvement se transformer en photons et potentiellement se révéler.

Désormais, les physiciens du MIT ont recherché des axions à Bételgeuse, une étoile proche qui devrait bientôt devenir une supernova, du moins à des échelles astrophysiques. Compte tenu de sa disparition imminente, Bételgeuse devrait être une usine naturelle d’axions, produisant constamment les particules alors que l’étoile brûle.

Cependant, lorsque l’équipe a cherché les signatures attendues des axions, sous la forme de photons dans la bande de rayons X, leur recherche s’est révélée vide Leurs résultats excluent l’existence d’axions ultralégers pouvant interagir avec les photons sur une large gamme d’énergies Les résultats définissent de nouvelles contraintes sur les propriétés de la particule qui sont trois fois plus fortes que toutes les expériences de détection d’axions en laboratoire précédentes

“Ce que disent nos résultats, c’est que si vous voulez rechercher ces particules vraiment légères, que nous avons recherchées, elles ne parleront pas beaucoup aux photons”, déclare Kerstin Perez, professeur adjoint de physique au MIT «En gros, nous rendons la vie de tout le monde plus difficile parce que nous disons:« Vous allez devoir penser à autre chose qui vous donnerait un signal d’axion’’

Perez et ses collègues ont publié leurs résultats aujourd’hui dans Physical Review Letters Ses co-auteurs du MIT comprennent l’auteur principal Mengjiao Xiao, Brandon Roach et Melaina Nynka, ainsi que Maurizio Giannotti de l’Université Barry, Oscar Straniero de l’Observatoire astronomique des Abruzzes, Alessandro Mirizzi de l’Institut national de physique nucléaire en Italie et Brian Grefennstette de Caltech

De nombreuses expériences actuelles qui recherchent des axions sont conçues pour les rechercher comme un produit de l’effet Primakoff, un processus qui décrit un «couplage» théorique entre axions et photons Les axions ne sont normalement pas censés interagir avec les photons – d’où leur probabilité d’être de la matière noire Cependant, l’effet Primakoff prédit que, lorsque les photons sont soumis à des champs magnétiques intenses, comme dans les noyaux stellaires, ils pourraient se transformer en axions Le centre de nombreuses étoiles devrait donc être des usines d’axions naturels

Lorsqu’une étoile explose dans une supernova, elle devrait faire sortir les axions dans l’univers Si les particules invisibles pénètrent dans un champ magnétique, par exemple entre l’étoile et la Terre, elles devraient se transformer en photons, vraisemblablement avec une énergie détectable. Les scientifiques recherchent des axions grâce à ce processus, par exemple à partir de notre propre soleil

“Mais le soleil a aussi des fusées éclairantes et émet des rayons X tout le temps, et c’est difficile à comprendre”, dit Perez

Elle et ses collègues ont plutôt cherché des axions de Bételgeuse, une étoile qui normalement n’émet pas de rayons X L’étoile fait partie de celles les plus proches de la Terre qui devraient bientôt exploser

“Bételgeuse est à une température et à une durée de vie où vous ne vous attendez pas à voir des rayons X en sortir, grâce à l’astrophysique stellaire standard”, explique Perez «Mais si les axions existent et sortent, nous pourrions voir une signature radiographique C’est pourquoi cette étoile est un bel objet: si vous voyez des rayons X, c’est un signe de pistolet fumant que ce doit être des axions”

Les chercheurs ont recherché des signatures radiographiques d’axions de Bételgeuse, en utilisant des données prises par NuSTAR, le télescope spatial de la NASA qui focalise les rayons X de haute énergie provenant de sources astrophysiques L’équipe a obtenu 50 kilosecondes de données de NuSTAR pendant que le télescope était entraîné sur Bételgeuse

Les chercheurs ont ensuite modélisé une gamme d’émissions de rayons X qu’ils pourraient voir de Bételgeuse si l’étoile crachait des axions Ils ont considéré une gamme de masses qu’un axion pourrait être, ainsi qu’une gamme de probabilités que les axions se «coupleraient» et se reconvertiraient en photon, en fonction de l’intensité du champ magnétique entre l’étoile et la Terre.

“De toute cette modélisation, vous obtenez une gamme de ce à quoi votre signal radiographique des axions pourrait éventuellement ressembler”, déclare Perez

Lorsqu’ils ont recherché ces signaux dans les données de NuSTAR, cependant, ils n’ont rien trouvé au-dessus de leur arrière-plan attendu ou en dehors des sources astrophysiques ordinaires de rayons X

«Bételgeuse est probablement aux derniers stades de son évolution et dans ce cas, elle devrait avoir une grande probabilité de se convertir en axions», dit Xiao «Mais les données sont des données”

Compte tenu de l’éventail des conditions considérées, le résultat nul de l’équipe exclut un large espace de possibilités et fixe une limite supérieure trois fois plus forte que les limites précédentes, issues de recherches en laboratoire, pour ce qu’un axion doit être En substance, cela signifie que si les axions sont ultralégers en masse, les résultats de l’équipe montrent que les particules doivent être au moins trois fois moins susceptibles de se coupler aux photons et d’émettre des rayons X détectables.

“Si les axions ont des masses ultra-légères, nous pouvons certainement vous dire que leur couplage doit être très petit, sinon nous l’aurions vu”, dit Perez

En fin de compte, cela signifie que les scientifiques devront peut-être se tourner vers d’autres bandes d’énergie moins détectables pour les signaux axions Cependant, Perez dit que la recherche d’axions de Bételgeuse n’est pas terminée

“Ce qui serait passionnant serait si nous voyions une supernova, qui enflammerait une énorme quantité d’axions qui ne seraient pas dans les rayons X, mais dans les rayons gamma”, dit Perez «Si une étoile explose et que nous ne voyons pas d’axions, nous aurons des contraintes très strictes sur le couplage d’un axion aux photons Alors tout le monde croise les doigts pour que Bételgeuse se déclenche”

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Axion, Betelgeuse, Star, Physics

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Des physiciens du MIT ont recherché des axions à Bételgeuse

Source: https://scienceblog.com/520647/search-for-axions-from-nearby-star-betelgeuse-comes-up-empty/

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