¿Alguna vez has mirado al cielo nocturno y te has preguntado qué estás no ¿vidente? Los cielos pueden estar llenos de “estrellas bosónicas” invisibles que están hechas de una forma exótica de materia que no brilla.
Sospechamos fuertemente que el universo está lleno de materia oscuraque constituye alrededor del 25% de toda la masa y energía del cosmos. Pero si bien abunda la evidencia circunstancial y creemos que la materia oscura es algún tipo de partícula no descubierta, no tenemos ninguna evidencia directa de tal partícula.
Durante un par de décadas, pensamos que estábamos en el camino correcto con un nuevo tipo de partícula conocida como partícula masiva de interacción débil (WIMP). Según varias teorías de supersimetría, el WIMP tendría una masa en algún lugar del rango de las partículas más pesadas conocidas, como la superior. cuarc. Pero de lo contrario, sería en gran medida invisible y sólo interactuaría ocasionalmente con la materia normal.
Pero Las búsquedas de WIMP no han podido encontrar nada.. Está bien; la naturaleza nunca está obligada a aceptar nuestra primera suposición. Afortunadamente, tenemos otra partícula candidata esperando entre bastidores: la axión.
El axión se introdujo para resolver un problema desagradable que involucraba a la fuerza nuclear fuerte. Según todas las observaciones, la fuerza fuerte obedece a dos simetrías importantes en la naturaleza: carga y paridad. Esto significa que si tomas una interacción de fuerza fuerte, inviertes las cargas de todas las partículas a sus valores opuestos y observas la reacción en el espejo, obtendrás el mismo resultado.
Pero nada en la teoría misma dice que deba obedecer a estas simetrías. Los físicos intentaron solucionar este problema esencialmente agregando un nuevo parámetro a las ecuaciones y estableciendo ese parámetro en cero, pero eso pareció un poco forzado. Entonces surgió una solución ingeniosa: tal vez ese nuevo parámetro representaba un nuevo campo cuántico, y las interacciones con ese campo producían naturalmente la simetría.
Este era el axion, llamado así por una marca de detergente para lavavajillas porque limpiaba el desorden del problema de simetría.
Si existen axiones, constituirían una materia oscura excelente, porque serían abundantes y difícilmente, o nunca, interactuarían con la materia normal. Y también harían algunas cosas locas.
Los axiones son increíblemente ligeros: billones y billones de veces más ligeros que incluso los neutrinola partícula más ligera conocida. Con masas tan ligeras, su naturaleza de onda cuántica se manifestaría a escalas macroscópicas. Si bien cada partícula también tiene una onda asociada, generalmente no notamos esas ondas ni nos preocupamos por ellas a menos que estemos tratando con sistemas cuánticos subatómicos. No ocurre lo mismo con el axión, que potencialmente puede extender su longitud de onda por toda una galaxia.
La segunda cosa interesante de los axiones es que son bosones. Los bosones son un tipo de partícula que puede compartir el mismo estado cuántico, lo que significa que puedes meter tantos como quieras en un volumen compacto. Esto es similar a los fotones (puedes poner tanta luz en una caja como quieras) y diferente de partículas como electrones (solo puedes meter una cantidad limitada antes de que se llene la caja).
Estas dos propiedades de los axiones significan que son excepcionalmente buenos para colapsar a densidades increíblemente altas, unidos por su propia (leve) gravedad. Básicamente, pueden formar una especie de estrella. Es completamente invisible, no irradia luz y no interactúa con nada, pero de todos modos es una estrella.
Estos estrellas (que tienen una variedad de nombres, incluidas estrellas de axiones, estrellas de bosones y estrellas oscuras) pueden ser pequeñas, aproximadamente de la misma masa que las estrellas normales y cotidianas. También pueden ser enormes y abarcar todo un núcleo galáctico.
La posible existencia de estrellas de bosones es un arma de doble filo. Por un lado, puede dificultar enormemente la detección directa. A menos que una estrella bosónica esté deambulando por nuestro sistema solar y pasando por la Tierra, es poco probable que veamos axiones en nuestros detectores.
Por otro lado, las estrellas de bosones pueden hacer todo tipo de cosas que podrían hacerlas detectables, como alterar la fusión nuclear en núcleos estelares o explotar por sí solas en un evento conocido como bosenova.
No sabemos si los axiones existen o, si existen, si son responsables de la materia oscura. Pero sigue siendo divertido imaginar un universo repleto de estrellas oscuras silenciosas, invisibles e inofensivas.