ENGINEERINGNET.BE - Studieobject hiervoor is de Krabnevel, een overblijfsel van een supernova-explosie met middenin een pulsar.
De pulsar zorgt ervoor dat de gewone materie in de vorm van gas in de nevel oplicht. De onderzoekers hebben laten zien dat de pulsar datzelfde zou doen met donkere materie in de vorm van axionen, met als resultaat een subtiele extra gloed die gemeten moet kunnen worden.
Er is door de onderzoekers een uitgebreid theoretisch raamwerk opgesteld dat het mogelijk maakt om in detail te begrijpen hoe axionen zouden worden geproduceerd, hoe ze kunnen ontsnappen aan de zwaartekracht van een neutronenster, en hoe ze tijdens die ontsnapping worden omgezet in laag-energetische radiostraling.
Die theoretische resultaten werden in de computer gestopt om zo de productie van axionen rond pulsars te modelleren, met behulp van de nieuwste numerieke plasmasimulaties, oorspronkelijk ontwikkeld om de natuurkunde achter het uitzenden van radiogolven bij pulsars beter te begrijpen.
Na het virtueel produceren van de axionen werd hun beweging door de elektromagnetische velden van de neutronenster gesimuleerd. Daarmee konden de onderzoekers de daaropvolgende productie van radiogolven kwantitatief begrijpen en modelleren hoe dit proces tot een extra radiosignaal bovenop dat van de pulsar zelf zou leiden.
De resultaten van de theorie en de simulaties werden direct aan een eerste observationele test onderworpen. De onderzoekers vergeleken waarnemingen van radiogolven van 27 nabije pulsars met de modellen, om te zien of een meetbaar ‘overschot’ aanwijzingen voor het bestaan van axionen gaf.
Helaas springen Axionen niet onmiddellijk uit de waarnemingen naar voren, maar misschien was dat ook niet te verwachten. Als donkere materie haar geheimen zo gemakkelijk zou opgeven, was het waarschijnlijk al lang geleden rechtstreeks waargenomen.
De hoop op een overtuigende detectie van axionen is daarom gericht op toekomstige waarnemingen. Intussen is het niet waarnemen van radiosignalen van axionen in de huidige test een interessant resultaat op zichzelf.
Deze eerste vergelijking tussen de simulaties en echte pulsars legt beperkingen op aan de wisselwerking die axionen met gewoon licht kunnen hebben.
Het uiteindelijke doel is dan ook dat de wetenschappers ofwel aantonen dat axionen inderdaad in het heelal voorkomen, ofwel laten zien dat het extreem onwaarschijnlijk is dat axionen überhaupt een bouwsteen van donkere materie vormen.
De huidige test is nog maar een eerste stap in die richting, een begin van wat kan uitgroeien tot een multidisciplinaire onderzoeksrichting die de zoektocht naar axionen verder helpt.
Dit onderzoek is uitgevoerd onder leiding van de Nederlandse Universiteit van Amsterdam en de Amerikaanse Princeton University.
