Una vez el físico Cumrun Vafa me dijo que los acertijos en la ciencia suelen venir en pareja, y que cada uno de ellos sirve como solución del otro. Básicamente, uno nunca sabe qué concepto de la física podría ser útil para explicar los fenómenos inesperados, especialmente porque todavía nos falta conocer tanto del universo.
En la Universidad de Columbia Británica en Canadá, los astrofísicos creen que esta podría ser la clave de los axiones en relación con las enanas blancas. Los axiones son hipotéticas partículas que hoy son candidatas para el puesto de materia oscura. El trabajo en arXiv, aún no revisado por expertos, no encontró evidencia de los axiones, pero el análisis presenta un relato convincente de la muerte de una enana blanca en términos de la física de los axiones, y eso abre grandes oportunidades para seguir investigando.
Algo de contexto
En un principio, los axiones iban a ser la solución a un problema en el desequilibrio entre la materia y la antimateria en el plano cuántico. Sucedió en 1977, y la idea tuvo que quedar gradualmente desplazada porque no se logró encontrar la teórica partícula que según la hipótesis interactúa débilmente con otra materia y es de baja masa.
Ahora consideremos la materia oscura. Los físicos creen que alrededor del 85% del universo consiste en materia oscura, y hay mucha evidencia que sugiere que sí existe. La materia oscura es “oscura” en el sentido de que rara vez interactúa con algo de lo que podemos ver y se presume que es liviana y parecida a los axiones, si es que existen. Debido a estos paralelos, los físicos hace tiempo que consideran que los axiones podrían ser buenos candidatos para ser materia oscura. Pero todavía no han encontrado señales reales de los axiones o de materia oscura en general.
Y luego están las enanas blancas – núcleos estelares densos y fríos, generalmente inactivos, que quedan a partir de la muerte de una estrella. En sentido técnico, y en cierto punto, esas estrellas medio muertas son tan densas que la presión gravitacional debería hacerlas colapsar. Pero no colapsan gracias a algo llamado presión de degeneración de electrones. En pocas palabras, los electrones del plano cuántico no pueden compartir el mismo estado de energía. Entonces los electrones que salen de la estrella o entran en ella en trayectoria espiralada viajan cada vez más rápido generando eventualmente la presión requerida para que la enana blanca no colapse.
Resurrección de una estrella
Este extraño movimiento de los electrones fue lo que hizo que las enanas blancas fueran populares entre los físicos que buscan axiones o partículas similares a los axiones, según el estudio. Específicamente, hay modelos teóricos en los que los axiones podrían formarse a partir de los veloces electrones.
Y además, las observaciones de la astrofísica ya han revelado que ocasionalmente las enanas blancas se enfrían más rápido de lo esperado. Si esas estrellas medio muertas estuvieran produciendo axiones, la pérdida de energía tendría más sentido, como explican los investigadores en su trabajo. Porque los axiones que salen de la estrella estarían canalizando la energía que quedaba en ella.
Para poner a prueba su hipótesis los investigadores tomaron datos de archivo del Telescopio Espacial Hubble, y llevaron a cabo varias simulaciones sobre la presencia de los axiones bajo la influencia de la actividad de las enanas blancas. Los experimentos les ayudaron a desarrollar una cantidad de predicciones sobre la temperatura y antigüedad de una enana blanca, ya fuera con o sin el enfriamiento extra de los axiones.
Al terminar con sus experimentos compararon sus cálculos con los datos reales de 47 Tucanae, un cluster globular poblado de enanas blancas. Pero grande fue su desilusión al hallar que su modelo no daba como resultado evidencia alguna del enfriamiento por axiones.
Para completar la idea
Aunque suene a locura, los investigadores concluyeron que el ejercicio servía para establecer un nuevo límite en la capacidad de los electrones para producir axiones: una entre un billón de probabilidades. Ya sea para mejor o para peor, cuando se busca algo tan esquivo como la materia oscura, saber lo que no funciona a menudo es lo que lleva a la ciencia más cerca de lo que sí lo hará
“Este resultado no descarta la existencia de los axiones sino que nos dice que es improbable que los electrones y los axiones interactúen directamente los unos con los otros”, escribió en un comentario de Space.com Paul Sutter, astrofísico de Johns Hopkins que no participó del trabajo. “Si vamos a seguir buscando axiones, tendremos que ingeniar formas más inteligentes de hacerlo”.
