Emisiones anómalas de rayos X que podrían delatar la existencia del axión, una enigmática partícula hipotética

Los axiones fueron planteados por primera vez como posibilidad teórica en la década de 1970 para explicar parte de un misterio de la física de partículas. Se llegó a la conclusión de que en el núcleo de algunas estrellas se generan axiones y que en presencia de un campo magnético pueden dar lugar a fotones.

Los axiones podrían ser también la identidad, hasta ahora desconocida, de un tipo extraño de materia al que se llama “materia oscura”.

La materia oscura es una clase hipotética de materia que pasa del todo desapercibida excepto por su influencia gravitacional. Años atrás se llegó a la conclusión de que hay materia extra y oculta, distribuida de un modo que tampoco se corresponde con la simple presencia de agujeros negros convencionales, que es la responsable de que las galaxias no se fragmenten en tiras cuando giran sobre sí mismas. La gravedad es el pegamento que mantiene a las estrellas y a los planetas juntos dentro de sus galaxias, pero no hay suficiente materia visible en el universo para generar la cantidad de gravedad necesaria para evitar que las galaxias se disgreguen en jirones.

Una serie de estrellas de neutrones, conocidas como las 7 Magníficas, constituyen un excelente laboratorio natural para detectar la posible presencia de axiones, ya que estas estrellas poseen potentes campos magnéticos, están relativamente cerca de la Tierra (en un radio de unos cientos de años luz) y sin la existencia de axiones sus únicas emisiones significativas serían rayos X de baja energía y luz ultravioleta.

Las estrellas de neutrones son cadáveres de estrellas, compactados de tal modo que una simple cucharada de la materia de la que están hechas pesa más que muchas montañas. Sin embargo, su densidad no llega a ser tan alta como la de los agujeros negros y por eso, a diferencia de estos cuya gravedad es tan fuerte que atrapa incluso la luz, la luz de las estrellas de neutrones sí puede propagarse fuera de ellas y ser vista de lejos. La compresión que reina en una estrella de neutrones es lo bastante fuerte como para forzar en los átomos que los electrones se «incrusten» contra los protones, dando lugar a neutrones. De ahí que a esta clase de objetos se les llame estrellas de neutrones.

El equipo integrado, entre otros, por Benjamin Safdi y Christopher Dessert, del Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ha analizado datos de observaciones a esas estrellas de neutrones, incluyendo los recolectados por dos telescopios espaciales de rayos X: el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) y el Chandra de la NASA.

Encajando con la hipótesis de la existencia de axiones y la conducta que deberían tener en torno a esas estrellas de neutrones, los investigadores han detectado emisiones anómalas de rayos X de alta energía en torno a esos astros. La existencia de axiones podría ser la explicación a dichas emisiones, ya que no se ha encontrado ninguna otra explicación para ellas.

Raymond Co, de la Universidad de Minnesota en Estados Unidos y miembro del equipo de investigación matiza: «No estamos afirmando todavía que hayamos hecho el descubrimiento del axión, sino que decimos que los fotones de rayos X adicionales pueden ser explicados por los axiones».

Si los axiones existen, se espera que se comporten de forma muy parecida a los neutrinos en una estrella, ya que ambos tipos de partículas tendrían en común una masa muy pequeña e interactuar muy poco y débilmente con otra materia.

Al igual que los neutrinos, los axiones podrían viajar fuera de la estrella. El campo magnético increíblemente fuerte que rodea a cada una de las 7 Magníficas (miles de millones de veces más fuerte que los campos magnéticos que pueden producirse en la Tierra) podría hacer que los axiones que salen se convirtieran en tales fotones de rayos X de alta energía.

Otro equipo de investigación, el de Kerstin Perez del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, ha estado intentando captar señales de la presencia de axiones en la gigantesca estrella Betelgeuse, situada a unos 650 años-luz de la Tierra. Se cree que también se generan axiones en los núcleos de estrellas a las que les falta poco tiempo para sufrir la explosión que las convertirá en supernovas. A Betelgeuse no le falta mucho tiempo para que le ocurra eso, aunque no puede predecirse cuándo ocurrirá. Teniendo en cuenta su condición de estrella en la antesala de ser una supernova, Betelgeuse debería ser una fuente prolífica de axiones, que brotarían de ella constantemente. Sin embargo, Perez y sus colegas no han encontrado huellas delatadoras de la presencia de axiones. Esas huellas se advertirían en la banda de los rayos X. No haber detectado tales huellas podría indicar que los axiones no pueden interactuar con fotones en un rango de energías tan amplio como se creía. O tal vez exista alguna otra causa por ahora desconocida. (Fuente: NCYT de Amazings)