Partículas nunca antes vistas chamadas axions podem estar por trás dos misteriosos raios-X.
A mais de 400 anos-luz da Terra, existe um aglomerado de jovens estrelas de nêutrons que são quentes demais para sua idade. Essas estrelas, conhecidas como “Magnificent Seven”, emitem um fluxo de raios-X de ultra-alta energia que os cientistas não foram capazes de explicar.
Agora, os cientistas propuseram um possível culpado: áxions, partículas teóricas que se transformam em partículas de luz quando estão na presença de um campo magnético.
Em um novo estudo, publicado em 12 de janeiro na revista Physical Review Letters, o físico do Lawrence Berkeley National Laboratory Benjamin Safdi e seus colegas usaram supercomputadores para modelar a ideia de que axions produzidos dentro das estrelas poderiam se converter em raios-X nos campos magnéticos fora das estrelas . Axions nunca foram observados diretamente, mas foi teorizado que existissem pela primeira vez na década de 1970. É muito cedo para dizer com certeza se axions existem ou se eles são os verdadeiros culpados pelos estranhos raios-X, disse Safdi, mas os pesquisadores esperam que a nova modelagem de computador possa apontar para algo fora do Modelo Padrão da física, que descreve o subatômico partículas.
“Estamos bastante confiantes de que esse excesso [de raios-X] existe e muito confiantes de que há algo novo entre esse excesso”, disse Safdi em um comunicado. “Se tivéssemos 100% de certeza de que o que estamos vendo é uma nova partícula, isso seria enorme. Isso seria revolucionário na física.”
Raios-X misteriosos
Devido à sua idade e tipo, os Magnificent Seven deveriam emitir apenas raios X de baixa energia e luz ultravioleta. Mas os astrônomos observaram algo que não podem explicar: raios-X de alta energia vindos das estrelas. Estrelas de nêutrons são os restos de estrelas gigantes que esgotaram seu combustível e entraram em colapso; um tipo de estrela de nêutrons, chamado pulsar, emite emissões por todo o espectro eletromagnético, incluindo raios-X de alta energia. Mas os Magnificent Seven não são pulsares.
Os cientistas também procuraram atrás do aglomerado de estrelas de nêutrons por outros objetos que poderiam estar emitindo os misteriosos raios-X, mas nem o telescópio XMM-Newton da Agência Espacial Europeia nem o telescópio de raios X Chandra da NASA descobriram algo que pudesse ser o culpado.
Axions também foram propostos como uma solução para o mistério. Mas os axions poderiam realmente ser produzidos dentro de uma estrela de nêutrons? Para descobrir, Safdi e seus colegas recorreram a supercomputadores da Universidade de Michigan e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.
“Há muito processamento e análise de dados envolvidos nisso”, disse Safdi. “Você tem que modelar o interior de uma estrela de nêutrons para prever quantos axions devem ser produzidos dentro dessa estrela.”
Áxions evasivos
Um axion, se existe, é uma partícula elementar com uma massa muito baixa. Os axions podem ser um componente da matéria escura, a matéria não observada que parece constituir mais de um quarto da massa do universo, com base em seus efeitos gravitacionais.
Safdi e sua equipe descobriram que os axions podem funcionar muito como os neutrinos, outra partícula subatômica extremamente leve que já foi comprovada. Os neutrinos são produzidos dentro das estrelas de nêutrons quando os nêutrons se chocam; axions poderiam ser produzidos da mesma maneira.
Dada sua baixa massa e fracas interações com outras matérias, os áxions poderiam escapar facilmente dos núcleos das estrelas de nêutrons e disparar para o espaço. Campos magnéticos extremamente fortes cercam estrelas de nêutrons. Na presença desses campos, os áxions se converteriam em fótons ou partículas de luz. Viajando em comprimentos de onda mais curtos do que a luz visível, essas partículas de luz seriam registradas como raios-X de alta energia em instrumentação astronômica.
“Não estamos afirmando que fizemos a descoberta do axião ainda, mas estamos dizendo que os fótons extras de raios-X podem ser explicados por axions”, Raymond Co, um pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Minnesota que colaborou sobre o estudo, disse no comunicado. “É uma descoberta empolgante do excesso de fótons de raios-X e uma possibilidade empolgante que já é consistente com nossa interpretação dos áxions.”
O próximo passo, disse Safdi, é procurar axions nas anãs brancas, outro conjunto de estrelas que não deveria emitir raios-X.
“Começa a ser muito convincente o fato de ser algo além do modelo padrão se observarmos um excesso de raios-X ali também”, disse ele.
Publicado em 21/01/2021 12h16
Artigo original: