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(noticias nanowerk) La pregunta central en la búsqueda actual de materia oscura es: ¿De qué está hecha? Una posible respuesta es que la materia oscura está formada por partículas conocidas como axiones. Un equipo de astrofísicos dirigido por investigadores de las universidades de Amsterdam y Princeton ha demostrado que la materia oscura, cuando está compuesta de axiones, puede manifestarse en forma de un sutil resplandor adicional que emana de estrellas pulsantes.
Las tesis centrales
La investigación fue publicada en Cartas de examen físico (“Nuevas restricciones sobre los axiones generados en cascadas del casquete polar de púlsares”).
Investigación
La materia oscura es quizás el componente más buscado de nuestro universo. Sorprendentemente, se cree que esta misteriosa forma de materia, que los físicos y astrónomos aún no han podido detectar, constituye una gran parte de lo que existe. Se cree que hasta el 85% de la materia del universo es “oscura”, y actualmente sólo es detectable por la atracción gravitacional que ejerce sobre otros objetos astronómicos. Es comprensible que los científicos quieran más. Quieren ver realmente la materia oscura, o al menos detectar su presencia directamente y no simplemente inferirla a partir de efectos gravitacionales. Y por supuesto: quieres saber qué es.
Eliminar dos problemas
Una cosa está clara: la materia oscura no puede ser el mismo tipo de materia de la que estamos hechos tú y yo. Si ese fuera el caso, la materia oscura simplemente se comportaría como materia ordinaria: formaría objetos como estrellas, se iluminaría y dejaría de ser “oscura”. Por lo tanto, los científicos están buscando algo nuevo: un tipo de partícula que nadie ha descubierto todavía y que probablemente interactúa muy débilmente con los tipos de partículas que conocemos, lo que explica por qué este componente de nuestro mundo sigue siendo difícil de alcanzar.
Hay muchas pistas sobre dónde buscar. Una suposición común es que la materia oscura podría estar formada por axiones. Este hipotético tipo de partícula se introdujo por primera vez en la década de 1970 para resolver un problema que no tenía nada que ver con la materia oscura. La separación de cargas positivas y negativas en el neutrón, uno de los componentes básicos de los átomos ordinarios, resultó ser inesperadamente pequeña. Naturalmente, los científicos querían saber por qué. Resultó que la presencia de un tipo de partícula no descubierta hasta ahora, que interactúa muy débilmente con los componentes de neutrones, podría provocar precisamente ese efecto. El posterior premio Nobel Frank Wilczek inventó un nombre para la nueva partícula: Axion, no sólo similar a otros nombres de partículas como protón, neutrón, electrón y fotón, sino también inspirado en un detergente del mismo nombre. El Axion estaba ahí para resolver un problema.
Aunque nunca será descubierto, incluso podría limpiar dos. Varias teorías sobre partículas elementales, incluida la teoría de cuerdas, una de las principales teorías candidatas para unificar todas las fuerzas en la naturaleza, parecían predecir la existencia de partículas similares a axiones. Si los axiones realmente existieran, ¿podrían también representar parte o incluso la totalidad de la materia oscura que falta? Quizás, pero una pregunta adicional que ha perseguido toda la investigación sobre la materia oscura también se aplica a los axiones: si es así, ¿cómo podemos verlos? ¿Cómo se hace visible algo “oscuro”?
Arrojando luz sobre la materia oscura
Afortunadamente, parece haber una salida a este enigma para los axiones. Si las teorías que predicen los axiones son correctas, no sólo se espera que se produzcan en masa en el universo, sino que algunos axiones también podrían convertirse en luz en presencia de fuertes campos electromagnéticos. Tan pronto como haya luz podremos ver. ¿Podría ser esta la clave para detectar axiones y, por tanto, detectar materia oscura?
Para responder a esta pregunta, los científicos primero tuvieron que preguntarse en qué parte del universo se producen los campos eléctricos y magnéticos más fuertes conocidos. La respuesta es: en regiones alrededor de estrellas de neutrones en rotación, también llamadas púlsares. Estos púlsares (abreviatura de “estrellas pulsantes”) son objetos densos con una masa aproximadamente igual a la de nuestro Sol, pero con un radio unas 100.000 veces más pequeño, apenas unos 10 kilómetros. Debido a que los púlsares son tan pequeños, giran a frecuencias enormes y emiten haces de radio brillantes y estrechos a lo largo de su eje de rotación. De manera similar a un faro, los rayos del púlsar pueden recorrer la Tierra, lo que facilita la observación de la estrella pulsante.
Sin embargo, el enorme giro del púlsar hace aún más. Convierte la estrella de neutrones en un electroimán extremadamente potente. Esto, a su vez, podría significar que los púlsares son fábricas de axiones muy eficientes. Un púlsar promedio sería capaz de producir un número de axiones de 50 dígitos cada segundo. Debido al fuerte campo electromagnético que rodea al púlsar, una fracción de estos axiones podría convertirse en luz observable. Esto significa si los axiones existen, pero esta es exactamente la pregunta que ahora se puede responder utilizando el mecanismo. Basta con mirar los púlsares, ver si emiten luz adicional y, de ser así, determinar si esa luz adicional podría provenir de axiones.
Simula un brillo sutil
Por supuesto, como siempre en la ciencia, no es tan fácil llevar a cabo tal observación. La luz emitida por los axiones, detectable en forma de ondas de radio, sería sólo una pequeña fracción de la luz total que nos envían estos brillantes faros cósmicos. Tienes que saber muy bien cómo sería un púlsar sin axiones y cómo sería un púlsar con axiones para poder notar la diferencia, y mucho menos cuantificar esa diferencia y convertirla en una medida de la cantidad de oscuridad en el planeta. objeto.
Eso es exactamente lo que ha hecho un equipo de físicos y astrónomos. En colaboración entre los Países Bajos, Portugal y los EE. UU., el equipo ha desarrollado un marco teórico integral que permite una comprensión detallada de cómo se crean los axiones, cómo los axones escapan de la atracción gravitacional de la estrella de neutrones y cómo sucede esto cuando escapan de las zonas bajas. -energía radioradiación.
Luego, los resultados teóricos se transfirieron a una computadora para modelar la producción de axiones alrededor de los púlsares. Para ello se utilizaron simulaciones numéricas de plasma de última generación que se desarrollaron originalmente para comprender la física detrás de la emisión de ondas de radio por los púlsares. Tras la fabricación virtual, se simuló la propagación de los axiones a través de los campos electromagnéticos de la estrella de neutrones. Esto permitió a los investigadores comprender cuantitativamente la producción posterior de ondas de radio y modelar cómo este proceso proporcionaría una señal de radio adicional además de la emisión intrínseca producida por el propio púlsar.
Los modelos Axion puestos a prueba
Los resultados de la teoría y la simulación se sometieron luego a una prueba de observación inicial. Utilizando observaciones de 27 púlsares cercanos, los investigadores compararon las ondas de radio observadas con los modelos para ver si un exceso medido podría proporcionar evidencia de la existencia de axiones. Desafortunadamente, la respuesta fue “no” o, tal vez más optimistamente, “todavía no”. Los axiones no nos saltan a la vista de inmediato, pero quizás eso no era de esperar. Si la materia oscura hubiera revelado sus secretos con tanta facilidad, ya habría sido observada hace mucho tiempo.
La esperanza de encontrar pruebas convincentes de los axiones reside ahora en futuras observaciones. Mientras tanto, el hecho de que actualmente no se puedan observar las señales de radio de los axiones es un resultado interesante en sí mismo. La primera comparación entre simulaciones y púlsares reales ha puesto los límites más estrictos hasta el momento a la interacción de los axiones con la luz.
El objetivo final, por supuesto, es hacer más que simplemente establecer límites: es demostrar que los axiones existen o garantizar que es extremadamente improbable que los axiones sean un componente de la materia oscura. Los nuevos resultados son sólo un primer paso en esta dirección; Son sólo el comienzo de un campo completamente nuevo y altamente interdisciplinario que tiene el potencial de avanzar dramáticamente en la búsqueda de axiones.
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