Una colisión de dos estrellas colapsadas extraordinariamente densas en el universo distante está proporcionando pistas potenciales sobre el axión, un candidato a materia oscura primero. propuesto hace medio siglo.
Los restos estelares son estrellas de neutrones, los cadáveres que quedan después de que estrellas masivas colapsen sobre sí mismas. Estas estrellas muertas son tan densas que sus electrones colapsan sobre sus protones, de ahí la “estrella de neutrones”. Su densidad extrema también los convierte en un lugar para la física exótica: específicamente, he estado propuesto como fuente de axiones, una partícula hipotética que podría contribuir al contenido de materia oscura del universo.
Nueva investigación, publicado A principios de este mes en Physical Review Letters, se imponen restricciones sobre cómo las partículas tipo axión podrían acoplarse con fotones, basándose en datos espectrales y temporales. de una fusión de estrellas de neutrones a aproximadamente 130 años luz de distancia.
Las partículas similares a axiones (o ALP) son una clase más general de candidatos hipotéticos de materia oscura que los axiones, y los científicos creen que su naturaleza podría ser revelado estudiando fotones y restringiendo el rango de masas de las partículas. Las partículas tipo axión producidas en la fusión de estrellas de neutrones escapan de la remanente y desintegración en dos fotones, escribió el equipo en el artículo, produciendo una señal electromagnética detectable por telescopios. de observaciones de 2017 de la colisión tomadas por el Telescopio de gran área Fermi (Fermi-LAT).
“Para una fusión de estrellas de neutrones, existe una oportunidad única en la que se podría obtener la señal de fotones”, dijo Bhupal Dev, físico de Washington. Universidad de St. Louis y autor principal del estudio, en una llamada telefónica con Gizmodo. “Podríamos utilizar este estudio de múltiples mensajeros, estos datos, para explorar algunas nuevas físicas más allá del modelo estándar”.
materia oscura parece constituir el 27% del universo, pero interactúa tan débilmente con la materia ordinaria que los científicos sólo pueden detectarlo a través de sus efectos gravitacionales sobre lo que nosotros poder ver. Candidatos populares de materia oscura (es decir, las partes teorizadas responsables de la aparente existencia de la materia oscura) son partículas masivas que interactúan débilmente (WIMP), ocultas (u oscuras). fotones, objetos halo compactos masivos (MACHO) y, por supuesto, axiones.
Llamada así por una marca de detergente para ropa, la axión es una partícula hipotética que fue propuesta en la década de 1970 como una solución a la física. problema de CP fuerte, que describe el hecho de que la adherencia de los quarks a las leyes de la física sigue siendo la misma, incluso cuando las partículas se reemplazan con sus imágenes en espejo.
Las estrellas de neutrones son algunos de los objetos más densos del universo, superados únicamente por los agujeros negros. A diferencia de los agujeros negros, la luz puede escapar de las estrellas de neutrones , haciéndolos observables en el espectro electromagnético.
Dev explica que los axones podrían surgir de fusiones de estrellas de neutrones de varias maneras, si los axones realmente se acoplan a los fotones. A través de la coalescencia de fotones, Los axiones surgirían de los fotones que se unen en el ambiente astrofísico intensamente caliente y se fusionan. La otra forma en que podrían surgir los axones es a través del Proceso de Primakoff, en el que un fotón interactúa con un baño de electrones, produciendo axiones.
El axión, tal como se propone, es tan pequeño que a veces se comportaría más como una onda que como una partícula, lo que significa que huye del escena del crimen con relativa facilidad. Pero el protón es (relativamente) masivo, por lo que la partícula tarda un momento en emerger de este semillero de interacción. Específicamente, toma 1,7 segundos: la cantidad de retraso que los investigadores observaron entre la señal de la onda gravitacional de una fusión de estrellas de neutrones y la señal electromagnética de ella.
“Recibimos muchos fotones del cielo. Entonces, ¿cómo sabemos realmente que esta señal de fotones proviene del axión? «, dijo Dev. “Esto proviene de una desintegración de la partícula, a diferencia de los procesos astrofísicos donde los fotones desaparecen debido a la dispersión. es una diferencia en el espectro. Podemos analizar tanto la información de tiempo como también las características espectrales. Y ahí es donde podemos desenredar estos tipos de nuevos señales físicas de los procesos astrofísicos estándar”.
Los experimentos terrestres también están trabajando para reducir los rangos de masa potenciales del axión. LUX-Zeplin, XENÓN-1T, y el Experimento ALPES II, que comenzaron a operar en mayo de 2023, están diseñados para buscar axiones en las profundidades del subsuelo. Pero también hay otros proyectos, como ADMX y el Radio Materia Oscura Pathfinder, trabajando para limitar el rango de masa de fotones ocultos (u oscuros), otra clase de candidatos a materia oscura. Generaciones posteriores de la Oscuridad Matter Radio cazará axiones.
La nueva investigación “ofrece algunas restricciones nuevas sobre las partículas similares a axiones, porque hasta ahora no hemos visto ninguna señal de axiones”. Dijo Dev. “También nos da la esperanza de que en el futuro, utilizando estas observaciones astrofísicas, podamos obtener más información sobre partículas. Y esto será complementario a las búsquedas de laboratorio que se están realizando.”
La búsqueda de axiones es muy parecida a usar un detector de metales en una playa muy, muy grande. La mayoría de las veces, los físicos y Los astrónomos no detectan nada. Pero buscar en toda la gama de masas potenciales axiones y partículas similares a axiones es la mejor manera de eventualmente localizarlos.
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