Finalmente sabemos onde procurar a partícula mais procurada do universo: WebCuriosos

Estrelas de nêutrons com tendência para rotação extrema podem estar produzindo uma das partículas mais procuradas do Universo.

Essas partículas elementares são chamadas de áxions e até o momento são puramente hipotéticas. Porém, se conseguíssemos encontrá-los, poderíamos resolver alguns dos maiores problemas do cosmos, incluindo a identidade de pelo menos um tipo de matéria escura.

Essas estrelas que giram rapidamente devem ser tão eficientes em capturar áxions que as partículas elusivas podem ser sequestradas em quantidades altas o suficiente para serem finalmente detectadas. E isso nos daria algumas pistas importantes sobre a natureza e as propriedades do áxion, como a sua massa.

Os astrónomos têm procurado pistas sobre os áxions desde que os físicos propuseram a sua existência na década de 1970. UM um pouco como neutrinos, tAcredita-se que eles interajam fracamente com outras matérias, tornando-os difíceis de detectar.

Porém, se estiverem dentro de uma certa faixa de massa, prevê-se que se comportem exatamente como a matéria escura, contribuindo para efeitos gravitacionais pronunciados que não podem ser contabilizados com base apenas na quantidade de matéria normal no Universo.

Teoricamente, espera-se que os áxions decaiam rapidamente em pares de fótons na presença de um campo magnético suficientemente forte, tornando-os efetivamente visíveis. Descobrir excesso de luz sem uma fonte facilmente determinada perto de um campo magnético poderoso pode ser apenas um sinal de decaimento do áxion.

As estrelas de nêutrons têm campos magnéticos incrivelmente fortes. Esses objetos são os núcleos de estrelas massivas que se transformaram em supernovas, colapsando em massas quentes e ultradensas, tão comprimidas que se comportam como um único núcleo atômico do tamanho de uma cidade.

O campo magnético que sai deste objeto é trilhões de vezes mais poderosa que a da Terra; forte o suficiente para matá-lo, se outras características da estrela de nêutrons não cheguei lá primeiro.

Um pulsar é um tipo de estrela de nêutrons com uma peculiaridade adicional: ele gira em velocidades insanamente altas, muitas vezes tão rápidas quanto escalas de milissegundos. Ao fazer isso, poderosos feixes de emissão de rádio explodem dos pólos do pulsar, de modo que ele parece pulsar no espaço como um farol cósmico. Esse giro tem outro efeito: parece aumentar o poder do campo magnético da estrela de nêutrons.

O físico Dion Noordhuis, da Universidade de Amsterdã, e seus colegas publicaram um artigo no ano passado que descobriu que essas estrelas girando rapidamente são capazes de produzir um Número de áxions de 50 dígitos a cada minuto. À medida que escapam da estrela, estes áxions passariam através do seu campo magnético e se transformariam em fótons, tornando o pulsar um pouco mais brilhante do que deveria ser.

Analisando vários pulsares, eles não conseguiram detectar nenhuma luz extra. Isso não significa que essas partículas hipotéticas não existam; apenas que, se os áxions estiverem presentes, há limitações mais rigorosas no sinal que eles podem produzir.

Os áxions presos pela extrema gravidade da estrela também deveriam produzir um sinal, de acordo com um novo artigo que dá continuidade à pesquisa anterior. Com o tempo – talvez em escalas de tempo de milhões de anos – os áxions deverão acumular-se perto do pulsar, durando o tempo de vida da estrela de nêutrons, produzindo uma camada tênue e nebulosa sobre a superfície da estrela.

De acordo com a análise da equipa, estas nuvens de axiões – se existirem – deveriam ser normais para estrelas de neutrões, o que significa que estão presentes no máximo, se não em todas. E devem ser extremamente densos, cerca de 20 ordens de magnitude superiores à densidade local da matéria escura, o que significa que, por sua vez, devem produzir uma assinatura detectável à medida que os fotões se libertam.

Não sabemos ao certo qual seria a forma dessa assinatura, mas a equipe apresentou duas possibilidades principais. Um deles é um sinal contínuo, uma linha estreita no espectro de rádio do pulsar em uma frequência correspondente à massa do áxion. Não sabemos qual é essa massa, mas a ausência da linha no espectro pode restringi-la.

A outra é uma explosão de luz no final da vida da estrela de nêutrons, o ponto em que ela para de emitir radiação. Este processo é projetado para ocorrer naturalmente trilhões de anos; o Universo ainda não tem idade suficiente para que isso tenha acontecido, então é improvável que observemos em breve quaisquer explosões de áxions de estrelas de nêutrons moribundas. Isso torna o sinal contínuo a melhor aposta.

Tal como acontece com o excesso de luz, os investigadores não conseguiram encontrar evidências de uma nuvem de axiões de estrelas de neutrões em torno de pulsares próximos. Mas a não detecção permitiu as restrições mais fortes até agora sobre a massa do áxion dentro de uma certa faixa, sem depender da suposição de que os áxions são matéria escura.

A pesquisa também abre caminho para pesquisas futuras, dando-nos novas maneiras de procurar e compreender as propriedades desta partícula misteriosa e indescritível.

A pesquisa foi publicada em Revisão Física X.