Un axion est une particule élémentaire hypothétique dont l'existence a été postulée afin d'expliquer pourquoi certaines réactions subatomiques semblent violer les contraintes de symétrie de base, en particulier la symétrie dans le temps. Le prix Nobel de physique 1980 a été décerné à la découverte des réactions asymétriques dans le temps. Pendant ce temps, au cours des décennies suivantes, les astronomes qui étudiaient les mouvements des galaxies et le caractère du rayonnement de fond diffus cosmologique se sont rendu compte que la majeure partie de la matière de l'univers n'était pas visible. C'était surnommé la matière noire, et les meilleures mesures d'aujourd'hui révèlent qu'environ 84 % de la matière dans le cosmos est sombre. Ce composant est sombre non seulement parce qu'il n'émet pas de lumière - il n'est pas composé d'atomes ou de leurs constituants habituels, comme les électrons et les protons, et sa nature est mystérieuse. Les axions ont été suggérés comme une solution possible. physiciens des particules, cependant, n'ont jusqu'à présent pas été en mesure de détecter directement les axions, laissant leur existence dans le doute et redynamisant les énigmes qu'ils étaient censés résoudre.

L'astronome CfA Paul Nulsen et ses collègues ont utilisé une nouvelle méthode pour étudier la nature des axions. La mécanique quantique contraint les axions, s'ils existent, d'interagir avec la lumière en présence d'un champ magnétique. Comme ils se propagent le long d'un champ puissant, les axions et les photons devraient se transmuter de l'un à l'autre de manière oscillatoire. Parce que la force de tout effet possible dépend en partie de l'énergie des photons, les astronomes ont utilisé l'observatoire de rayons X Chandra pour surveiller l'émission de rayons X brillants des galaxies. Ils ont observé les rayons X du noyau de la galaxie M87, qui est connu pour avoir de forts champs magnétiques, et qui (à une distance de seulement cinquante-trois millions d'années-lumière) est suffisamment proche pour permettre des mesures précises des variations du flux de rayons X. De plus, M87 se trouve dans un amas de galaxies, l'amas de la Vierge, ce qui devrait assurer que les champs magnétiques s'étendent sur de très grandes échelles et aussi faciliter l'interprétation. Pas des moindres, Le M87 a été soigneusement étudié pendant des décennies et ses propriétés sont relativement bien connues.

La recherche n'a pas trouvé la signature des axions. Cela fait, cependant, fixer une nouvelle limite importante sur la force du couplage entre les axions et les photons, et est capable d'exclure une fraction substantielle des futures expériences possibles qui pourraient être entreprises pour détecter les axions. Les scientifiques notent que leurs recherches mettent en évidence le pouvoir de l'astronomie aux rayons X pour sonder certains problèmes fondamentaux de la physique des particules, et soulignent les activités de recherche complémentaires qui peuvent être entreprises sur d'autres galaxies émettant des rayons X brillants.