Si los astrónomos prestan atención en el momento correcto, el misterio de la materia oscura podría resolverse muy pronto, y solo nos tomaría 10 segundos.
Crédito: MysteryPlanet.com.ar
La materia oscura, que constituye el 85 % de la masa del universo, ha desconcertado a los científicos durante casi un siglo. Entre las diversas teorías propuestas para explicar su naturaleza, destaca la hipótesis de los axiones: partículas extremadamente ligeras que, debido a sus propiedades, podrían formar una vasta nube
Si los astrónomos prestan atención en el momento correcto, el misterio de la materia oscura podría resolverse muy pronto, y solo nos tomaría 10 segundos.
La materia oscura, que constituye el 85 % de la masa del universo, ha desconcertado a los científicos durante casi un siglo. Entre las diversas teorías propuestas para explicar su naturaleza, destaca la hipótesis de los axiones: partículas extremadamente ligeras que, debido a sus propiedades, podrían formar una vasta nube invisible que envuelve galaxias enteras y afecta gravitacionalmente a su movimiento. Los axiones, además, encajan tanto en el modelo estándar de la física como en teorías avanzadas como la teoría de cuerdas, lo que los convierte en un candidato principal para desentrañar este misterio. Sin embargo, su detección ha resultado hasta ahora inalcanzable.
Ahora, investigadores de la Universidad de California en Berkeley han planteado que, si una supernova estalla cerca de nuestra galaxia, los axiones generados en los primeros 10 segundos tras el colapso del núcleo estelar podrían transformarse en rayos gamma de alta energía debido al intenso campo magnético de la estrella. La detección de estos rayos gamma podría confirmar la existencia del axión y determinar su masa con una precisión sin precedentes.
Después de que una estrella de neutrones caliente y compacta se forma a partir del núcleo de hierro colapsado de una estrella masiva, los axiones deberían generarse en cantidades inmensas durante unos 10 segundos. Algunos de estos axiones (a, línea roja punteada) se convertirán en rayos gamma en el intenso campo magnético de la estrella. Una flota de telescopios de rayos gamma alrededor de la Tierra podría detectar estos rayos gamma, confirmando la existencia de los axiones y determinando su masa. Crédito: Benjamin Safdi, UC Berkeley.
No obstante, este avance depende en gran medida del azar. Para captar estos rayos gamma, el telescopio Fermi —el único en órbita con la capacidad necesaria— tendría que estar orientado en la dirección correcta en el momento exacto. De acuerdo a los expertos, la probabilidad de que esto ocurra es de apenas una en diez.
«La probabilidad es baja. Pero si Fermi lo detectara, podríamos medir su masa, determinar la intensidad de su interacción y establecer todo lo que necesitamos saber sobre el axión. Estaríamos increíblemente seguros de la señal porque no existe materia ordinaria capaz de generar un evento así», dijo Benjamin Safdi, autor principal del estudio publicado en Physical Review Letters.
¿Estamos preparados?
El desafío radica en que las supernovas cercanas son eventos poco comunes, con una frecuencia promedio de una cada pocas décadas. La última ocurrió en 1987 en la Gran Nube de Magallanes, pero los instrumentos disponibles en ese momento no eran lo suficientemente sensibles para detectar los rayos gamma previstos.
«Sería una verdadera lástima que una supernova ocurriera mañana y no estuviéramos listos. Podríamos esperar otros 50 años para otra oportunidad similar», añadió Safdi.
Para evitar perder semejante oportunidad histórica, los investigadores están trabajando en la propuesta de un nuevo sistema de telescopios gamma que cubra el 100 % del cielo las 24 horas del día. Este proyecto, bautizado como GALAXIS (GALactic AXion Instrument for Supernova), garantizaría la captura de cualquier estallido de rayos gamma asociado con axiones.
Un descubrimiento que cambiaría todo
Si se detectaran los rayos gamma, sería un hito en la física moderna. Según Safdi, esto permitiría no solo confirmar la existencia de las hipotéticas partículas de la materia negra, sino también refinar los experimentos terrestres para explorar sus propiedades en detalle. Por otra parte, la falta de detección también tendría implicaciones importantes, ya que descartaría un amplio rango de masas posibles para los axiones, poniendo en duda muchas búsquedas actuales.
Cabe destacar que los axiones no solo podrían resolver el misterio de la materia oscura. También podrían unificar la gravedad y la mecánica cuántica, dos pilares fundamentales de la física que aún no logran encajar. Además, explicarían enigmas relacionados con la interacción de las fuerzas fundamentales del universo.
Fuente: UC Berkeley. Edición: MP.
invisible que envuelve galaxias enteras y afecta gravitacionalmente a su movimiento. Los axiones, además, encajan tanto en el modelo estándar de la física como en teorías avanzadas como la teoría de cuerdas, lo que los convierte en un candidato principal para desentrañar este misterio. Sin embargo, su detección ha resultado hasta ahora inalcanzable.
Ahora, investigadores de la Universidad de California en Berkeley han planteado que, si una supernova estalla cerca de nuestra galaxia, los axiones generados en los primeros 10 segundos tras el colapso del núcleo estelar podrían transformarse en rayos gamma de alta energía debido al intenso campo magnético de la estrella. La detección de estos rayos gamma podría confirmar la existencia del axión y determinar su masa con una precisión sin precedentes.
Después de que una estrella de neutrones caliente y compacta se forma a partir del núcleo de hierro colapsado de una estrella masiva, los axiones deberían generarse en cantidades inmensas durante unos 10 segundos. Algunos de estos axiones (a, línea roja punteada) se convertirán en rayos gamma en el intenso campo magnético de la estrella. Una flota de telescopios de rayos gamma alrededor de la Tierra podría detectar estos rayos gamma, confirmando la existencia de los axiones y determinando su masa. Crédito: Benjamin Safdi, UC Berkeley.
No obstante, este avance depende en gran medida del azar. Para captar estos rayos gamma, el telescopio Fermi —el único en órbita con la capacidad necesaria— tendría que estar orientado en la dirección correcta en el momento exacto. De acuerdo a los expertos, la probabilidad de que esto ocurra es de apenas una en diez.
«La probabilidad es baja. Pero si Fermi lo detectara, podríamos medir su masa, determinar la intensidad de su interacción y establecer todo lo que necesitamos saber sobre el axión. Estaríamos increíblemente seguros de la señal porque no existe materia ordinaria capaz de generar un evento así», dijo Benjamin Safdi, autor principal del estudio publicado en Physical Review Letters.
¿Estamos preparados?
El desafío radica en que las supernovas cercanas son eventos poco comunes, con una frecuencia promedio de una cada pocas décadas. La última ocurrió en 1987 en la Gran Nube de Magallanes, pero los instrumentos disponibles en ese momento no eran lo suficientemente sensibles para detectar los rayos gamma previstos.
«Sería una verdadera lástima que una supernova ocurriera mañana y no estuviéramos listos. Podríamos esperar otros 50 años para otra oportunidad similar», añadió Safdi.
Para evitar perder semejante oportunidad histórica, los investigadores están trabajando en la propuesta de un nuevo sistema de telescopios gamma que cubra el 100 % del cielo las 24 horas del día. Este proyecto, bautizado como GALAXIS (GALactic AXion Instrument for Supernova), garantizaría la captura de cualquier estallido de rayos gamma asociado con axiones.
Un descubrimiento que cambiaría todo
Si se detectaran los rayos gamma, sería un hito en la física moderna. Según Safdi, esto permitiría no solo confirmar la existencia de las hipotéticas partículas de la materia negra, sino también refinar los experimentos terrestres para explorar sus propiedades en detalle. Por otra parte, la falta de detección también tendría implicaciones importantes, ya que descartaría un amplio rango de masas posibles para los axiones, poniendo en duda muchas búsquedas actuales.
Cabe destacar que los axiones no solo podrían resolver el misterio de la materia oscura. También podrían unificar la gravedad y la mecánica cuántica, dos pilares fundamentales de la física que aún no logran encajar. Además, explicarían enigmas relacionados con la interacción de las fuerzas fundamentales del universo.
Fuente: UC Berkeley. Edición: MP.
Podríamos estar a solo 10 segundos de descubrir la materia oscura