¿Cómo se buscan partículas hipotéticas invisibles? Una forma es ver qué tan rápido podrían matar a las enanas blancas: los núcleos densos y sobrantes de estrellas muertas.
En los últimos años, los astrónomos se han interesado cada vez más en una partícula teórica conocida como axión, que fue inventada hace décadas para resolver un desafiante problema con la fuerza nuclear fuerte. Sin embargo, después de que los primeros intentos de encontrarlo en experimentos con colisionadores de partículas resultaran inútiles, la idea quedó en un segundo plano.
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El hecho de que esta pequeña partícula sea en gran medida invisible no significa que pase completamente desapercibida en el universo. En un artículo preimpreso publicado en noviembre de 2025 en el servidor de acceso abierto arXiv, los investigadores informaron sobre una forma de probar modelos de axiones utilizando datos de archivo antiguos del Telescopio Espacial Hubble. Aunque no encontraron ninguna evidencia de axiones, superaron otros intentos y nos dieron una imagen mucho más clara de lo que está permitido y lo que no en este universo.
Los objetivos de este estudio eran las enanas blancas: los núcleos densos y tenues de estrellas muertas. Una sola enana blanca puede concentrar la masa del Sol en un objeto más pequeño que la Tierra, lo que convierte a las enanas blancas entre los objetos más exóticos del universo. Fundamentalmente, las enanas blancas se sostienen contra el colapso mediante algo llamado presión de degeneración electrónica, en la que un enorme mar de electrones que flotan libremente resisten el colapso porque, según la mecánica cuántica, los electrones nunca pueden compartir el mismo estado.
Algunos modelos de cómo podrían comportarse los axiones dicen que estas partículas podrían ser creadas por electrones: si un electrón se moviera lo suficientemente rápido, desencadenaría la formación de un axión. Y debido a que los electrones en el interior de una enana blanca se mueven muy, muy rápidamente (casi a la velocidad de la luz) mientras zumban en sus estrechos confines, podrían producir muchos axiones.
Los axiones entonces se alejarían a toda velocidad, dejando a la enana blanca por completo. Esta producción de axiones que se escapan privaría de energía a la enana blanca. Y como las enanas blancas no producen energía por sí mismas, esto haría que se enfriaran más rápido de lo que lo harían de otra manera.
Los investigadores incorporaron este modelo de enfriamiento de axiones a un sofisticado paquete de software que puede simular la evolución de las estrellas y cómo cambian su temperatura y brillo a medida que evolucionan sus interiores.
Este modelo permitió a los investigadores predecir la temperatura típica de una enana blanca, dada su edad, con y sin enfriamiento del axión. Con los resultados en la mano, recurrieron a los datos del cúmulo globular 47 Tucanae recopilados con el Hubble. Los cúmulos globales son cruciales porque todas las enanas blancas que contienen nacieron aproximadamente al mismo tiempo, lo que les dio a los astrónomos una gran muestra para estudiar.
En resumen, los investigadores no encontraron evidencia de enfriamiento del axión en la población de enanas blancas. Pero sus resultados dieron nuevas limitaciones a la capacidad de los electrones para producir axiones: no pueden hacerlo más eficientemente que una vez cada billón de posibilidades.
Este resultado no descarta por completo los axiones, pero sí dice que es poco probable que los electrones y los axiones interactúen directamente entre sí. Entonces, si vamos a seguir buscando axiones, tendremos que encontrar formas aún más inteligentes de buscar.