Físicos del MIT han buscado sin éxito axiones en la inestable estrella gigante Betelgeuse. Esta partícula es uno de los candidatos principales a integrar la elusiva materia oscura del Universo.
La elusiva partícula del axión es muchas veces más ligera que un electrón, con propiedades que apenas dejan huella en la materia ordinaria. Hasta ahora, los axiones han eludido la detección. Los físicos predicen que, si existen, deben producirse en entornos extremos, como los núcleos de estrellas en el precipicio de una supernova, como Betelgeuse: una estrella cercana que se espera que se queme pronto como una supernova, al menos en escalas de tiempo astrofísicas.
Cuando esta clase de estrellas arrojan axiones al universo, las partículas, al encontrar cualquier campo magnético circundante, deberían transformarse brevemente en fotones y potencialmente revelarse.
Dada su inminente desaparición, Betelgeuse debería ser una fábrica natural de axiones, produciendo constantemente las partículas a medida que la estrella se quema.
Sin embargo, cuando el equipo buscó las firmas esperadas de axiones, en forma de fotones en la banda de rayos X, su búsqueda resultó vacía. Sus resultados descartan la existencia de axiones ultraligeros que pueden interactuar con fotones en una amplia gama de energías. Los hallazgos establecen nuevas restricciones en las propiedades de la partícula que son tres veces más fuertes que cualquier experimento previo de detección de axiones basado en laboratorio.
"Lo que dicen nuestros resultados es que, si quieres buscar estas partículas realmente ligeras, que buscamos, no van a hablar mucho con los fotones", dice en un comunicado Kerstin Pérez, profesora asistente de física en el MIT. "Básicamente, estamos haciendo la vida de todos más difícil porque decimos, 'vas a tener que pensar en otra cosa que te dé una señal de axión'".
Pérez y sus colegas han publicado sus resultados en Physical Review Letters.
Cuando una estrella explota en una supernova, debería agitar los axiones hacia el universo. Si las partículas invisibles se topan con un campo magnético, por ejemplo entre la estrella y la Tierra, deberían volver a convertirse en fotones, presumiblemente con alguna energía detectable. Los científicos están buscando axiones a través de este proceso, por ejemplo, de nuestro propio sol.
"Pero el sol también tiene destellos y emite rayos X todo el tiempo, y es difícil de entender", dice Pérez.
En cambio, ella y sus colegas buscaron axiones de Betelgeuse, una estrella que normalmente no emite rayos X. La estrella se encuentra entre las más cercanas a la Tierra que se espera que exploten pronto.
"Betelgeuse está en una etapa de temperatura y vida en la que no esperas ver rayos X saliendo de ella, a través de la astrofísica estelar estándar", explica Pérez. "Pero si los axiones existen y están saliendo, podríamos ver una firma de rayos X. Por eso esta estrella es un objeto agradable: si ves rayos X, es una señal irrefutable de que tienen que ser axiones ".
Los investigadores buscaron firmas de rayos X de axiones de Betelgeuse, utilizando datos tomados por NuSTAR, el telescopio espacial de la NASA que enfoca rayos X de alta energía de fuentes astrofísicas. El equipo obtuvo 50 kilosegundos de datos de NuSTAR durante el tiempo que el telescopio estuvo enfocado en Betelgeuse.
Luego, los investigadores modelaron una gama de emisiones de rayos X que podrían ver desde Betelgeuse si la estrella arrojara axiones. Consideraron un rango de masas que podría tener un axión, así como un rango de probabilidades de que los axiones se "acoplan" y se reconviertan en un fotón, dependiendo de la intensidad del campo magnético entre la estrella y la Tierra. "De todo ese modelado, obtienes un rango de cómo podría verse la señal de rayos X de los axiones", dice Pérez.
Sin embargo, cuando buscaron estas señales en los datos de NuSTAR, no encontraron nada por encima de su fondo esperado o fuera de cualquier fuente astrofísica ordinaria de rayos X.
