Что включает в себя гамма-астрономия высоких энергий? Как работает рентгеновский телескоп? Зачем постулировать новую элементарную частицу — аксион? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Сергей Троицкий.

Когда произносится слово «астрономия», речь идет об очень древней и хорошо понятной науке: люди смотрят на небесные объекты и изучают, как они устроены. Часть современной астрономии уже трудно назвать «смотрением на небо», потому что своими методами эта наука ближе к физике элементарных частиц. Речь идет об астрономии самых высоких энергий, регистрации излучения от небесных объектов, которое несет энергию порядка тераэлектронвольта (ТэВ). Это порядок энергий столкновения частиц в Большом адронном коллайдере. Речь идет об излучении, то есть это фотоны, которые прилетают от каких-то далеких внеземных объектов.

Ближе к концу XX века стали запускаться спутники с рентгеновскими телескопами. Это совсем не те инструменты, которые наблюдают фотоны с энергиями тераэлектронвольт (ТэВ), они совсем не похожи на обычные телескопы, они не видят эти фотоны. Фотоны никогда не попадают в телескопы, они взаимодействуют во внешних слоях атмосферы и рождают каскад вторичных частиц, распространяющийся сверху вниз, такую вспышку — как метеор пролетает. Именно эту вспышку регистрируют установки, которые стоят на Земле. Регистрируют то, что называется телескопо-ТэВная астрономия. Они смотрят не на небо, они смотрят на атмосферу и регистрируют следы взаимодействия частиц.

Есть возможность превращения фотонов по дороге в какие-то другие частицы, которые не рождают электрон-позитронные пары. Одним из примеров таких частиц является аксион. Это гипотетическая частица, ее никто никогда не видел, однако она бывает нужна для решения самых разных проблем физики частиц. Она вводится в разных моделях для решения задач. Похоже, частицы могут так или иначе взаимодействовать с фотонами и приводить к тому, что изначально излученный фотон в источнике, пролетев какую-то часть своего пути до нас, до наблюдателя, превращается в аксион, который тем самым «консервирует» его, защищает изначальный фотон от взаимодействия с окружающим светом. Этот аксион летит до нас и где-то в окрестности Земли может конвертироваться обратно в фотон — это процесс двусторонний.