Аксионы — гипотетические элементарные частицы, введённые в теорию Роберто Печчеи и Хелен Квинн в 1977 году для разрешения так называемой сильной CP-проблемы в Стандартной модели физики частиц. Своё название они получили от Фрэнка Вильчека, который разглядел в их свойствах сходство с чистящим порошком Axion — частицы словно «очищали» теорию от противоречий. Сегодня аксионы рассматриваются как одни из наиболее вероятных кандидатов на роль частиц тёмной материи — загадочной субстанции, которая не излучает и не поглощает электромагнитные волны, но проявляет себя через гравитационное взаимодействие, составляя около 85% всей материи во Вселенной.
В ранней Вселенной, сразу после Большого взрыва, тёмная материя пребывала в виде почти однородного поля аксионов, рассеянного подобно пару́ в пространстве. Однако квантовые флуктуации породили мельчайшие неоднородности плотности — они сыграли роль центров конденсации, на которых этот «пар» начал собираться в капли. Процесс аналогичен тому, как в пересыщенном паре микроскопические пылинки запускают образование водяных капель. Так под действием собственной гравитации и специфического для бозонов эффекта Бозе-конденсации сформировались аксионные звёзды — компактные гравитационно-связанные сгустки, невидимые для оптических телескопов.
Эти гравитационные «капли» вобрали в себя, по оценкам, до половины всей массы тёмной материи во Вселенной. Именно этим объясняется, почему земные детекторы не регистрируют равномерного фона аксионов — большинство частиц заперто внутри аксионных звёзд и лишь изредка покидает их. Однако, блуждая сквозь магнитные поля галактик, аксионные звёзды способны порождать мощные, но кратковременные всплески в радиодиапазоне. Это происходит, когда аксионы в поверхностных слоях звезды взаимодействуют с внешним магнитным полем, превращаясь в фотоны — процесс, аналогичный эффекту Примакова для нейтральных пионов. Чувствительные радиотелескопы способны уловить такие сигналы и, анализируя их, восстановить картину расширения Вселенной в разные эпохи.
Если бы аксионная звезда размером с футбольный мяч оказалась на Земле, она весила бы как Эверест, но провалилась бы сквозь планету, почти не заметив сопротивления.