Un nuevo estudio, dirigido por un físico teórico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. Berkeley Lab, sugiere que partículas nunca antes observadas llamadas axiones pueden ser la fuente de emisiones de rayos X inexplicables de alta energíaque rodea un grupo de estrellas de neutrones.
Teorizado por primera vez en la década de 1970 como parte de una solución a un problema fundamental de física de partículas, se espera que los axiones se produzcan en el núcleo de las estrellas y se conviertan en partículas de luz, llamadas fotones, en presencia de un campo magnético.
Los axiones también pueden formar materia oscura, la materia misteriosa que representa aproximadamente el 85 por ciento de la masa total del universo, pero hasta ahora solo hemos visto sus efectos gravitacionales en la materia ordinaria. Incluso si el exceso de rayos Xresulta que no son axiones o materia oscura, aún podría revelar una nueva física.
Una colección de estrellas de neutrones, conocida como las 7 Magníficas, proporcionó un excelente banco de pruebas para la posible presencia de axiones, ya que estas estrellas poseen campos magnéticos poderosos, están relativamente cerca, a cientos de años luz, y solo estabanse espera que produzca rayos X de baja energía y luz ultravioleta.
"Se sabe que son muy 'aburridos'", y en este caso es algo bueno, dijo Benjamin Safdi, miembro de división del grupo teórico de la División de Física del Laboratorio de Berkeley que dirigió un estudio, publicado el 12 de enero en la revista Cartas de revisión física , detallando la explicación del axión para el exceso.
Christopher Dessert, afiliado a la División de Física del Laboratorio de Berkeley, contribuyó en gran medida al estudio, que también contó con la participación de investigadores de UC Berkeley, la Universidad de Michigan, la Universidad de Princeton y la Universidad de Minnesota.
Si las estrellas de neutrones fueran del tipo conocido como púlsares, tendrían una superficie activa que emite radiación en diferentes longitudes de onda. Esta radiación aparecería a través del espectro electromagnético, señaló Safdi, y podría ahogar esta firma de rayos X quelos investigadores habían encontrado, o producirían señales de radiofrecuencia. Pero los Magnificent 7 no son púlsares, y no se detectó tal señal de radio. Otras explicaciones astrofísicas comunes tampoco parecen sostener las observaciones, dijo Safdi.
Si el exceso de rayos X detectado alrededor del Magnificent 7 se genera a partir de un objeto u objetos que se esconden detrás de las estrellas de neutrones, eso probablemente habría aparecido en los conjuntos de datos que los investigadores están utilizando de dos satélites espaciales: el XMM de la Agencia Espacial Europea-Telescopios de rayos X Chandra de Newton y la NASA.
Safdi y sus colaboradores dicen que todavía es muy posible que surja una nueva explicación sin axiones para dar cuenta del exceso de rayos X observado, aunque tienen la esperanza de que dicha explicación quede fuera del Modelo Estándar de la física de partículas, y queNuevos experimentos terrestres y espaciales confirmarán el origen de la señal de rayos X de alta energía.
"Estamos bastante seguros de que existe este exceso y muy seguros de que hay algo nuevo entre este exceso", dijo Safdi. "Si estuviéramos 100% seguros de que lo que estamos viendo es una nueva partícula, sería enorme. Eso seríarevolucionario en física ". Incluso si el descubrimiento resulta no estar asociado con una nueva partícula o materia oscura, dijo:" Nos diría mucho más sobre nuestro universo, y habría mucho que aprender ".
Raymond Co, un investigador postdoctoral de la Universidad de Minnesota que colaboró en el estudio, dijo: "No estamos afirmando que hayamos descubierto el axión todavía, pero estamos diciendo que los fotones de rayos X adicionales puedenser explicado por axiones. Es un descubrimiento emocionante del exceso en los fotones de rayos X, y es una posibilidad emocionante que ya es consistente con nuestra interpretación de los axiones ".
Si existen axiones, se esperaría que se comportaran de manera muy similar a los neutrinos en una estrella, ya que ambos tendrían masas muy ligeras e interactuarían muy raramente y de manera débil con otra materia. Podrían producirse en abundancia en el interior de las estrellas. Sin cargalas partículas llamadas neutrones se mueven dentro de las estrellas de neutrones, interactuando ocasionalmente dispersándose entre sí y liberando un neutrino o posiblemente un axión. El proceso de emisión de neutrinos es la forma dominante en que las estrellas de neutrones se enfrían con el tiempo.
Al igual que los neutrinos, los axiones podrían viajar fuera de la estrella. El campo magnético increíblemente fuerte que rodea a las 7 estrellas Magníficas, miles de millones de veces más fuertes que los campos magnéticos que se pueden producir en la Tierra, podría hacer que los axiones salientes se conviertana la luz.
Las estrellas de neutrones son objetos increíblemente exóticos, y Safdi notó que en el último estudio se incluyó una gran cantidad de modelos, análisis de datos y trabajo teórico. Los investigadores han utilizado mucho un banco de supercomputadoras conocido como Lawrencium Cluster en Berkeley Lab en el último trabajo.
Parte de este trabajo se había realizado en la Universidad de Michigan, donde Safdi trabajó anteriormente. "Sin el trabajo de supercomputación de alto rendimiento en Michigan y Berkeley, nada de esto habría sido posible", dijo.
"Hay mucho procesamiento de datos y análisis de datos que se incluyeron en esto. Tienes que modelar el interior de una estrella de neutrones para predecir cuántos axiones se deben producir dentro de esa estrella".
Safdi señaló que como próximo paso en esta investigación, las estrellas enanas blancas serían un lugar privilegiado para buscar axiones porque también tienen campos magnéticos muy fuertes y se espera que sean "entornos libres de rayos X".
"Esto comienza a ser bastante convincente de que esto es algo más allá del Modelo Estándar si también vemos un exceso de rayos X allí", dijo.
Los investigadores también podrían contratar otro telescopio espacial de rayos X, llamado NuStar, para ayudar a resolver el misterio del exceso de rayos X.
Safdi dijo que también está entusiasmado con los experimentos terrestres como CAST en el CERN, que funciona como un telescopio solar para detectar axiones convertidos en rayos X por un imán fuerte, y ALPS II en Alemania, que utilizaría un poderoso imán magnéticocampo para hacer que los axiones se transformen en partículas de luz en un lado de una barrera cuando la luz láser incide en el otro lado de la barrera.
Los axiones han recibido más atención ya que una sucesión de experimentos no ha logrado mostrar signos del WIMP partícula masiva de interacción débil, otro candidato prometedor a la materia oscura. Y la imagen de los axiones no es tan sencilla; en realidad, podría ser una familiaálbum.
Puede haber cientos de partículas similares a axiones, o ALP, que forman la materia oscura, y la teoría de cuerdas, una teoría candidata para describir las fuerzas del universo, mantiene abierta la posible existencia de muchos tipos de ALP.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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