We wnętrzu Słońca znajduje się coś tajemniczego. Naukowcy mają pomysł, jak rozwiązać zagadkę

Ale co mają wspólnego neutrina z ciemną materią? Otóż niektórzy badacze przewidują, że ciemna materia może czasami oddziaływać ze zwykłą materią i rozpadać się na inne cząstki. Jeśli tak się dzieje w jądrze słońca, gdzie ciemna materia może się gromadzić przez miliardy lat, to jednymi z produktów rozpadu mogą być właśnie neutrina. Te neutrina mogłyby uciec ze Słońca i dotrzeć do Ziemi, gdzie można by je wykryć. Taki pomysł postawili naukowcy w artykule opublikowanym na portalu arXiv.

Więcej o ciemnej materii przeczytasz na Spider`s Web:

Ciemna materia to hipotetyczna forma materii, która stanowi większość masy we wszechświecie. Nie wiemy, z czego się składa, ani jak wejść z nią w reakcję. Nie pochłania, nie odbija i nie emituje światła, dlatego jest tak trudna do wykrycia. Jedynym sposobem na jej obserwację jest pomiar jej grawitacyjnego wpływu na zwykłą materię. Ale póki co skalą muszą być galaktyki.

Naukowcy podejrzewają, że ciemna materia może mieć różne formy i właściwości. Niektóre z cząstek mogą być bardzo słabo oddziałującymi cząstkami (WIMP), które czasami zderzają się z atomami zwykłej materii. Inne mogą być aksjonami, hipotetycznymi cząstkami o bardzo małej masie i ładunku elektrycznym. Jeszcze inne mogą być pierwotnymi czarnymi dziurami, które powstały we wczesnym etapie ewolucji wszechświata.

Wszystkie te rodzaje ciemnej materii mają jednak coś wspólnego: mogą gromadzić się w miejscach o dużej gęstości materii, takich jak centra galaktyk czy gwiazd. Jednym z takich miejsc jest Słońce, nasza najbliższa i najjaśniejsza gwiazda. Jądro Słońca ma temperaturę ponad 15 mln stopni Celsjusza i gęstość ponad 20 razy większą niż żelazo.

Od ponad 4,5 mld lat Słońce krąży wokół centrum Drogi Mlecznej, przecinając niewidzialne morze cząstek ciemnej materii, które wypełnia naszą galaktykę. Nawet jeśli oddziaływania między ciemną a zwykłą materią są wyjątkowo rzadkie, to gęstość jądra Słońca i jego wiek sprawiają, że istnieje duża szansa na to, że jego cząstki koliduje z cząstkami ciemnej materii. W takim przypadku cząstka ciemnej materii traci energię i zwalnia, aż osiada głęboko w jądrze Słońca.

Tam cząstka ciemnej materii może spoczywać, aż ponownie zderzy się z inną cząstką zwykłej materii. Wtedy może się rozpaść na inne, bardziej znane nam gatunki cząstek. Większość z nich pozostanie uwięziona w jądrze, odbijając się od innych atomów w ognistym piekle Słońca. Ale jeden rodzaj cząstek jest zdolny do ucieczki ze Słońca. To neutrina, prawie bezmasowe i bezładunkowe cząstki, które prawie z niczym nie oddziałują.

Neutrina są prawie jak ciemna materia. Mogą przenikać przez lód, skały i nawet całe planety bez zostawiania śladu. Tylko raz na jakiś czas neutrino uderza w atom i wywołuje sygnał, który można wykryć specjalnymi detektorami. Jednym z takich detektorów jest IceCube, obserwatorium neutrinowe na Biegunie Południowym. To sześcian o boku kilometra, zbudowany z arktycznego lodu i umieszczony w pobliżu stacji badawczej Amundsen-Scott. Znajduje się pod powierzchnią, sięgając na głębokość około 2,5 km.

Neutrina nie są obserwowane bezpośrednio, ale gdy przypadkowo oddziałują z lodem, produkują elektrycznie naładowane cząstki wtórne, które z kolei emitują światło Czerenkowa, będące wynikiem poruszania się przez lód szybciej niż światło w lodzie. Czujniki IceCube zbierają to światło, które jest następnie cyfryzowane i opatrzone znacznikiem czasowym.

Jeśli Słońce zawiera cząstki ciemnej materii, które rozpadają się na neutrina, to IceCube powinien być w stanie je wykryć. W ten sposób możemy dowiedzieć się więcej o naturze ciemnej materii i jej roli we wszechrzeczy.

To nie jest proste zadanie. Neutrina ze Słońca muszą konkurować z neutrinami z innych źródeł, takich jak atmosfera Ziemi czy inne gwiazdy i galaktyki. Aby odróżnić je od siebie, naukowcy muszą dokładnie zmierzyć kierunek i energię neutrin oraz porównać je z modelami teoretycznymi ciemnej materii. Muszą także uwzględnić szumy i zakłócenia spowodowane przez inne cząstki kosmiczne lub promieniowanie radiowe.

Póki co badacze nie znaleźli dowodów na istnienie ciemnej materii w Słońcu, ale wyznaczyli nowe ograniczenia na jej masę i oddziaływanie. Wyniki ich pracy sugerują, że ciemna materia musi oddziaływać słabiej niż zakładały wcześniejsze modele.

To nie oznacza, że poszukiwania ciemnej materii w Słońcu są skończone. Wręcz przeciwnie, IceCube nadal zbiera dane i poprawia swoją czułość. Z pracy naukowców wynika też, że ​​przyszłe obserwacje Słońca za pomocą teleskopów neutrinowych będą mogły potwierdzić hipotezę o ciemnej materii wewnątrz Słońca. Tak więc w przyszłości powinno nam się udać wykryć subtelny sygnał ciemnej materii wśród szumu neutrin. A może okaże się, że ciemna materia ma inną naturę niż zakładaliśmy i trzeba będzie szukać jej w inny sposób. W każdym razie IceCube jest nie tylko detektorem neutrin, ale także oknem na tajemnice wszechświata.