Las estrellas de neutrones con predilección por el giro extremo podrían estar produciendo una de las partículas más buscadas del Universo.
Estas partículas elementales se denominan axiones y hasta la fecha son puramente hipotéticas. Sin embargo, si lográramos encontrarlos, podríamos resolver algunos de los mayores problemas del cosmos, incluido la identidad de al menos un tipo de materia oscura.
Tan eficientes deberían ser estas estrellas que giran rápidamente para atrapar axiones que las esquivas partículas pueden ser secuestradas en cantidades lo suficientemente altas como para finalmente detectarlas. Y eso nos daría algunas pistas importantes sobre la naturaleza y las propiedades del axión, como su masa.
Los astrónomos han estado buscando pistas sobre los axiones desde que los físicos propusieron su existencia en los años 1970. A un poco como los neutrinos, tSe cree que interactúan débilmente con otra materia, lo que los hace difíciles de detectar.
Sin embargo, si están dentro de un cierto rango de masa, se predice que se comportarán exactamente como lo hace la materia oscura, contribuyendo a efectos gravitacionales pronunciados que no pueden explicarse basándose únicamente en la cantidad de materia normal en el Universo.
En teoría, se espera que los axiones se descompongan fácilmente en pares de fotones en presencia de un campo magnético suficientemente fuerte, haciéndolos visibles de manera efectiva. Descubrir un exceso de luz sin una fuente fácilmente determinada cerca de un imán potente puede ser un signo de desintegración del axión.
Las estrellas de neutrones tienen campos magnéticos increíblemente intensos. Estos objetos son los núcleos de estrellas masivas que se han convertido en supernovas, colapsando en masas calientes y ultradensas tan apretadas que se comportan de manera muy parecida a un único núcleo atómico del tamaño de una ciudad.
El campo magnético que gira desde este objeto es billones de veces más poderoso que el de la Tierra; lo suficientemente fuerte como para matarte, si otros estrella de neutrones características no llegué primero.
Un púlsar es un tipo de estrella de neutrones con un toque adicional: gira a velocidades increíblemente altas, a menudo tan rápidas como escalas de milisegundos. Mientras lo hace, potentes rayos de emisión de radio estallan desde los polos del púlsar, de modo que parece pulsar en el espacio como un faro cósmico. Ese giro tiene otro efecto: parece aumentar el poder del campo magnético de la estrella de neutrones.
El físico Dion Noordhuis de la Universidad de Amsterdam y sus colegas publicaron un artículo el año pasado que encontró que estas estrellas que giran rápidamente son capaces de producir una Número de 50 dígitos de axiones por minuto.. A medida que escapan de la estrella, estos axiones atravesarían su campo magnético y se transformarían en fotones, haciendo que el púlsar fuera un poco más brillante de lo que debería ser.
Analizando una serie de púlsaresno pudieron detectar ninguna luz adicional. Eso no significa que estas partículas hipotéticas no estén ahí; sólo que, si hay axiones presentes, existen limitaciones más estrictas sobre la señal que pueden producir.
Los axiones atrapados por la gravedad extrema de la estrella también deberían producir una señal, según un nuevo artículo que continúa esa investigación anterior. Con el tiempo (quizás en escalas de millones de años), los axiones deberían acumularse cerca del púlsar, durando toda la vida de la estrella de neutrones, produciendo una capa tenue y nebulosa sobre la superficie de la estrella.
Según el análisis del equipo, estas nubes de axiones, si existen, deberían ser normales para las estrellas de neutrones, lo que significa que están presentes en la mayoría, si no en todas. Y deberían ser extremadamente densos, alrededor de 20 órdenes de magnitud más altos que el nivel local. materia oscura densidad, lo que significa que a su vez deberían producir una firma detectable a medida que los fotones se escapan.
No sabemos con certeza qué forma tomaría esta firma, pero el equipo planteó dos posibilidades principales. Una es una señal continua, una línea estrecha en el espectro de radio del púlsar a una frecuencia correspondiente a la masa del axión. No sabemos cuál es esta masa, pero la ausencia de la línea en el espectro podría reducirla.
El otro es un estallido de luz al final de la vida útil de la estrella de neutrones, el punto en el que deja de emitir radiación. Se proyecta que este proceso tomará naturalmente billones de años; El Universo no tiene la edad suficiente para que esto haya sucedido todavía, por lo que es poco probable que observemos pronto explosiones de axiones provenientes de estrellas de neutrones moribundas. Eso hace que la señal continua sea la mejor opción.
Al igual que con el exceso de luz, los investigadores no pudieron encontrar evidencia de una nube de axiones de estrellas de neutrones alrededor de púlsares cercanos. Pero la no detección permitió las limitaciones más fuertes hasta el momento sobre la masa del axión dentro de un cierto rango, sin depender de la suposición de que los axiones son materia oscura.
La investigación también allana el camino para futuras búsquedas, brindándonos nuevas formas de buscar y comprender las propiedades de esta misteriosa y esquiva partícula.
La investigación ha sido publicada en Revisión física incógnita.