Snaartheorie getest door Chandra met behulp van de Perseus cluster

De Perseus cluster. Credit: NASA/CXC/Univ. of Cambridge/C. Reynolds et al.

Door met de Chandra ruimtetelescoop van de NASA naar röntgenstraling vanuit de Perseus cluster te kijken zijn sterrenkundigen meer te weten gekomen over axionen, hypothetische deeltjes die nog geen miljoenste van de massa van een elektron hebben en die voorspeld worden door de snaartheorie ^[1]Da’s een zogeheten ‘Theorie van Alles’, een theorie die álle elementaire deeltjes en krachten daartussen probeert te begrijpen en wel door de aanname dat alles opgebouwd is uit … Lees verder. En da’s best knap, want door waarnemingen te doen aan de Perseus cluster (Abell 426), zo’n duizend sterrenstelsels bij elkaar op 240 miljoen lichtjaar afstand in het noordelijke sterrenbeeld Perseus, weten ze dus iets van een hypothetisch elementaire deeltje, dat volgens de theorie hartstikke licht is. Christopher Reynolds (University of Cambridge, VK) en z’n collega’s deden het kunststukje en wel door met Chandra vijf dagen lang röntgenlicht op te vangen van het cluster. Het idee is namelijk dat áls het axion bestaat, dan moet dat mogelijk effect hebben op het spectrum van de cluster. Het centrum van de cluster is doordrenkt met heet intergalactisch gas met een sterk magneetveld en zeer energierijke röntgenfotonen  die daar doorheen vliegen kunnen in theorie onderweg in axionen veranderen en andersom kunnen die axionen ook weer in fotonen veranderen, tenminste áls de fotonen véél energie hebben (zie de afbeelding hieronder).

In deze afbeelding zijn de axionen de gele bolletjes, rood is straling van lage energie, blauw van hoge energie, de vertikale grijze strepen zijn de magnetische veldlijnen. Credit: Amanda Smith/Institute of Astronomy/University of Cambridge

Door met Chandra precies te meten hoeveel röntgenstraling het in het centrale sterrenstelsel (da’s NGC 1275) van de Perseuscluster aanwezige superzware zwarte gat op verschillende golflengten produceert was de verwachting dat de axionen het ‘energiespectrum’ zouden verstoren (röntgenstraling van dat zwarte gat is te zien op de inzet rechtsonder op de foto bovenaan de blog). Maar er werden geen verstoringen aangetroffen, zoals te zien is aan het gemeten spectrum hieronder.

Credit: NASA/CXC/Cambridge Univ./C.S. Reynolds

De waarnemingen laten zien dat axionen helemaal niet bestaan óf dat ze nog lichter zijn dan gedacht, minder dan een miljoenste van een miljardste van de massa van een elektron. Wat ook nog zou kunnen is dat de theorie niet klopt, dat die conversie van axionen in fotonen en andersom niet juist is. Tenslotte is er ook nog de mogelijkheid dat de axionen juist meer massa hebben dan de zwaarste deeltjes die middels deze methode met Chandra waar te nemen zijn. Axionen zijn ook deeltjes die genoemd worden als mogelijke kandidaten voor donkere materie. Met de waarnemingen van Chandra is daar wel een gevoelige klap aan uitgedeeld. Hieronder tenslote nog een video over de waarnemingen met Chandra aan de Perseus cluster.

Op 10 februari verscheen een vakartikel over de waarnemingen in The Astrophysical Journal. Bron: Chandra.