Door de complexiteit van de kosmos te reproduceren door middel van ongekende simulaties, een nieuwe studie benadrukt het belang van het mogelijke gedrag van zeer energierijke fotonen. Op hun reis door intergalactische magnetische velden, dergelijke fotonen kunnen worden omgezet in axionen en zo voorkomen dat ze worden geabsorbeerd.

Als in een nagelbijtende thriller vol ontsnappingen en uitvluchten, fotonen van verre lichtbronnen zoals blazars zouden tijdens hun reis door het universum een ​​voortdurende uitwisseling van identiteit kunnen ervaren. Hierdoor zouden deze zeer kleine deeltjes kunnen ontsnappen aan een vijand die, indien tegengekomen, zou ze vernietigen. Normaal gesproken, zeer hoogenergetische fotonen (gammastralen) zouden moeten "botsen" met het achtergrondlicht dat door sterrenstelsels wordt uitgezonden en transformeren in paren van materie en antimateriedeeltjes, zoals voorzien door de relativiteitstheorie. Om deze reden, de bronnen van gammastraling met zeer hoge energie zouden aanzienlijk minder helder moeten lijken dan in veel gevallen wordt waargenomen.

Een mogelijke verklaring voor deze verrassende anomalie is dat lichtfotonen worden omgezet in hypothetische zwak interagerende deeltjes, "assen, " die, beurtelings, zou veranderen in fotonen, allemaal vanwege de interactie met magnetische velden. Een deel van de fotonen zou ontsnappen aan interactie met het intergalactische achtergrondlicht waardoor ze zouden verdwijnen. Het belang van dit proces wordt benadrukt door een studie gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , die een uiterst verfijnd model van het kosmische web nabootste, een netwerk van filamenten bestaande uit gas en donkere materie die overal in het universum aanwezig zijn, en van zijn magnetische velden. Deze effecten wachten nu op vergelijking met de effecten die experimenteel zijn verkregen met de nieuwe generatie telescopen van de Cherenkov Telescope Array.

Door complexe en ongekende computersimulaties gemaakt in het CSCS Supercomputing Center in Lugano, wetenschappers hebben het zogenaamde kosmische web en de bijbehorende magnetische velden gereproduceerd om de theorie te onderzoeken dat fotonen van een lichtbron worden omgezet in axions, hypothetische elementaire deeltjes, op interactie met een extragalactisch magnetisch veld. Axionen kunnen dan weer in fotonen worden veranderd door interactie met andere magnetische velden. Onderzoekers Daniele Montanino, Franco Vazza, Alessandro Mirizzi en Matteo Viel schrijven, "Fotonen van lichtgevende lichamen verdwijnen wanneer ze extragalactisch achtergrondlicht (EBL) tegenkomen. Maar als ze op hun reis naar deze transformaties gaan zoals voorzien door deze theorieën, het zou verklaren waarom, naast het geven van zeer belangrijke informatie over processen die plaatsvinden in het universum, verre hemellichamen zijn helderder dan verwacht op basis van een waarneming op aarde. Deze veranderingen zouden, in feite, waardoor een groter aantal fotonen de aarde kan bereiken."

Dankzij de rijkdom aan magnetische velden die aanwezig zijn in de filamenten van het kosmische web, die werden herschapen met de simulaties, het conversieverschijnsel lijkt veel relevanter dan voorspeld door eerdere modellen:"Onze simulaties reproduceren een zeer realistisch beeld van de structuur van de kosmos. Van wat we hebben waargenomen, de door ons beoogde verspreiding van het kosmische web zou de kans op deze transformaties aanzienlijk vergroten." De volgende stap in het onderzoek is het vergelijken van simulatieresultaten met de experimentele gegevens die zijn verkregen door het gebruik van de Cherenkov Telescope Array Observatories-detectoren, de nieuwe generatie astronomische observatoria, waarvan een op de Canarische Eilanden en de andere in Chili. Ze zullen het heelal bestuderen door middel van zeer energierijke gammastraling.