Evidências de uma partícula hipotética há muito procurada podem estar escondidas à vista de todos (raios X) todo esse tempo.
A emissão de raios X proveniente de uma coleção de estrelas de nêutrons conhecida como Magnificent Seven é tão excessiva que poderia vir de axions, um tipo de partícula há muito previsto, forjado nos núcleos densos desses objetos mortos, os cientistas demonstraram.
Se suas descobertas forem confirmadas, esta descoberta pode ajudar a desvendar alguns dos mistérios do Universo físico – incluindo a natureza da misteriosa matéria escura que mantém tudo unido.
“Encontrar axions foi um dos maiores esforços na física de partículas de alta energia, tanto em teoria quanto em experimentos”, disse o astrônomo Raymond Co, da Universidade de Minnesota.
“Achamos que axions podem existir, mas não os descobrimos ainda. Você pode pensar nos axions como partículas fantasmas. Eles podem estar em qualquer lugar do Universo, mas não interagem fortemente conosco, então não temos nenhuma observação deles ainda. ”
Axions são hipotéticas partículas de massa ultrabaixa, teorizadas pela primeira vez na década de 1970 para resolver a questão de por que forças atômicas fortes seguem algo chamado simetria de paridade de carga, quando a maioria dos modelos diz que não precisa.
Os axions são previstos por muitos modelos da teoria das cordas – uma solução proposta para a tensão entre a relatividade geral e a mecânica quântica – e os axions de uma massa específica também são um forte candidato à matéria escura. Portanto, os cientistas têm uma série de boas razões para procurá-los.
Se eles existirem, espera-se que os axions sejam produzidos dentro das estrelas. Esses axions estelares não são iguais aos axions de matéria escura, mas sua existência implicaria na existência de outros tipos de axions.
Uma forma de procurar áxions é procurando por excesso de radiação. Espera-se que os axions decaiam em pares de fótons na presença de um campo magnético – portanto, se mais radiação eletromagnética do que deveria ser detectada em uma região onde se espera que essa decadência aconteça, isso poderia constituir evidência de axions.
Neste caso, o excesso de radiação X forte é exatamente o que os astrônomos descobriram ao olhar para os Sete Magníficos.
Essas estrelas de nêutrons – os núcleos colapsados de estrelas massivas mortas que morreram em uma supernova – não estão agrupadas em um grupo, mas compartilham uma série de características em comum. Todas são estrelas de nêutrons isoladas de cerca de meia-idade, algumas centenas de milhares de anos desde a morte estelar.
Todos eles estão esfriando, emitindo raios-X de baixa energia (suaves) ao fazê-lo. Todos eles têm fortes campos magnéticos, trilhões de vezes mais fortes que os da Terra, poderosos o suficiente para desencadear a decadência do axion. E todos eles estão relativamente próximos, a 1.500 anos-luz da Terra.
Isso os torna um excelente laboratório para a procura de axions, e quando uma equipe de pesquisadores – liderada pelo autor sênior e físico Benjamin Safdi do Lawrence Berkeley National Laboratory – estudou os Magnificent Seven com múltiplos telescópios, eles identificaram X de alta energia (difícil) emissão de raios não esperada para estrelas de nêutrons desse tipo.
No espaço, no entanto, existem muitos processos que podem produzir radiação, então a equipe teve que examinar cuidadosamente outras fontes potenciais de emissão. Pulsares, por exemplo, emitem forte radiação X; mas os outros tipos de radiação emitidos por pulsares, como ondas de rádio, não estão presentes nos Sete Magníficos.
Outra possibilidade é que fontes não resolvidas próximas às estrelas de nêutrons possam estar produzindo a emissão de raios-X difícil. Mas os conjuntos de dados que a equipe usou, de dois observatórios de raios-X espaciais diferentes – XMM-Newton e Chandra – indicaram que a emissão está vindo de estrelas de nêutrons. Nem, a equipe descobriu, é provável que o sinal seja o resultado de um acúmulo de emissão de raios-X suave.
“Estamos bastante confiantes de que esse excesso existe, e muito confiantes de que há algo novo entre esse excesso”, disse Safdi. “Se tivéssemos 100 por cento de certeza de que o que estamos vendo é uma nova partícula, isso seria enorme. Isso seria revolucionário na física.”
Isso não quer dizer que o excesso seja uma nova partícula. Pode ser um processo astrofísico até então desconhecido. Ou pode ser algo tão simples como um artefato dos telescópios ou processamento de dados.
“Não estamos afirmando que fizemos a descoberta do axion ainda, mas estamos dizendo que os fótons extras de raios-X podem ser explicados por axions”, disse Co. “É uma descoberta empolgante do excesso de fótons de raios-X e uma possibilidade empolgante que já é consistente com nossa interpretação dos áxions.”
A próxima etapa será tentar verificar a descoberta. Se o excesso for produzido por axions, a maior parte da radiação deve ser emitida com energias mais altas do que o XMM-Newton e o Chandra são capazes de detectar. A equipe espera usar um telescópio mais novo, o NuSTAR da NASA, para observar o Magnificent Seven em uma faixa mais ampla de comprimentos de onda.
Estrelas anãs brancas magnetizadas podem ser outro lugar para procurar a emissão de axions. Como o Magnificent Seven, esses objetos têm fortes campos magnéticos e não se espera que produzam forte emissão de raios-X.
“Começa a ser muito convincente o fato de ser algo além do modelo padrão se observarmos um excesso de raios-X lá também”, disse Safdi.
Publicado em 18/01/2021 19h27
Artigo original:
Estudo original: