Poderíamos estar a apenas 10 segundos de descobrir a matéria escura: WebCuriosos

O mistério da matéria escura poderia ser resolvido em apenas 10 segundos.

Quando a próxima supernova próxima explodir, qualquer telescópio de raios gama que aponte na direção certa poderá ser tratado com mais do que um espetáculo de luz – poderá rapidamente confirmar a existência de um dos candidatos mais promissores à matéria escura.

Astrofísicos da Universidade da Califórnia, em Berkeley, prevêem que nos primeiros 10 segundos de uma supernova, partículas hipotéticas suficientes chamadas áxions poderiam ser emitidas para provar que elas existem num piscar de olhos relativo.

Dados os anos que podem ser necessários para se obter um número convincente por outros meios, obter uma sorte inesperada de um áxion num colapso estelar próximo seria como ganhar na loteria da física.

É claro que essa detecção exige que tenhamos um telescópio de raios gama que observe as proximidades de tal explosão no momento certo. Atualmente esse trabalho recai exclusivamente sobre o Telescópio Espacial Fermi, que ainda tem apenas 1 chance em 10 de assistir ao show.

Assim, os pesquisadores propõem o lançamento do GALactic AXion Instrument for Supernova (GALAXIS) – uma frota de satélites de raios gama que podem observar 100% do céu o tempo todo. A detecção ou ausência de áxions durante uma supernova podem ser resultados igualmente valiosos, mas há uma escassez de tempo.

“Acho que todos nós neste artigo estamos estressados ​​com a possibilidade de haver uma próxima supernova antes de termos a instrumentação certa.” diz Benjamin Safdiprofessor associado de física na UC Berkeley.

“Seria uma pena se uma supernova explodisse amanhã e perdêssemos a oportunidade de detectar o áxion – pode não voltar daqui a 50 anos.”

Axions foram levantados pela primeira vez na década de 1970 como uma solução potencial para um quebra-cabeça de física não relacionado à matéria escurao forte problema de CP. Prevê-se que essas partículas tenham uma massa muito pequena, nenhuma carga elétrica e sejam extremamente abundantes em todo o Universo.

Só mais tarde é que outros físicos perceberam que algumas das suas propriedades – como a forma como se aglomeram e interagem principalmente com outras matérias através da gravidade – tornaram-nos bons candidatos para a matéria escura. Mais importante ainda, uma propriedade prevista poderia torná-los detectáveis.

Em campos magnéticos fortes, os áxions deveriam ocasionalmente decair em fótons, portanto, a detecção de luz extra perto desses campos poderia denunciá-los. Esta tem sido a base de experiências de laboratório e observações astronómicas durante décadas, permitindo aos cientistas reduzir a gama de massas que os áxions podem ter.

As estrelas de nêutrons estão entre os locais mais promissores para procurá-las. Sua intensa física deveria produzir enormes quantidades de áxions e, melhor ainda, os fortes campos magnéticos deveriam converter alguns deles em fótons detectáveis.

No novo artigoa equipe da UC Berkeley calcula que o melhor momento para encontrar áxions em torno de uma estrela de nêutrons pode ser, na verdade, no seu nascimento – quando uma estrela massiva explode como uma supernova. Novas simulações sugerem que uma explosão de áxions seria produzida durante os primeiros 10 segundos após o colapso da estrela, e a explosão de raios gama resultante poderia revelar muitos detalhes.

A equipe calculou que um tipo específico de áxion, chamado áxion de cromodinâmica quântica (QCD), seria detectável por meio deste método se tivesse uma massa superior a 50 microelétron-volts, que é apenas um 10 bilionésimo da massa de um elétron.

Se os áxions existirem, eles poderão ser uma das pequenas partículas mais úteis já encontradas. De uma só vez, eles poderiam nos ajudar a desvendar a matéria escura, o forte problema do CP, a teoria das cordas e o desequilíbrio matéria/antimatéria.

A hipótese está pronta para ser testada – agora só temos que esperar até a próxima supernova próxima. Isso pode acontecer hoje, ou daqui a uma década, e se o Fermi estiver observando o trecho certo do céu, poderemos responder algumas das questões mais profundas da ciência em segundos.

“O melhor cenário para áxions é que Fermi capture uma supernova,” diz Safdi.

“A chance disso é pequena. Mas se Fermi o visse, seríamos capazes de medir sua massa. Poderíamos medir sua força de interação. Poderíamos determinar tudo o que precisamos saber sobre o áxion , e estaríamos incrivelmente confiantes no sinal porque não existe matéria comum que possa criar tal evento.”

A pesquisa foi publicada na revista Cartas de revisão física.