Actualizado 24/06/2020 9:36:24 +00:00 CET

Explosiones de supernova pueden usarse para buscar materia oscura

Impresión artística del Fermi LAT observando una supernova produciendo axiones
Impresión artística del Fermi LAT observando una supernova produciendo axiones - MAEDEH MOHAMMADPOUR MIR

   MADRID, 24 Jun. (EUROPA PRESS) -

   Los astrofísicos pueden usar explosiones de estrellas fuera de la Vía Láctea para buscar una clase particular de partículas de materia oscura, según una nueva investigación.

   La naturaleza de la materia oscura, la sustancia que representa más del 85% de toda la materia en el Universo, sigue siendo un misterio.

   Muchas teorías predicen que la materia oscura está compuesta de partículas fundamentales aún no descubiertas y una gran cantidad de experimentos en la Tierra y en el espacio están buscando rastros de ellas.

   Un nuevo estudio realizado por Manuel Meyer del Centro Erlangen de Física de Astropartículas en FAU y Tanja Petrushevska del Centro de Astrofísica y Cosmología en la Universidad de Nova Gorica sugiere cómo los investigadores pueden usar explosiones de estrellas fuera de la Vía Láctea para buscar una clase particular de partículas de materia oscura.

   Una hipótesis popular es que la materia oscura consiste al menos parcialmente en partículas hipotéticas llamadas axiones o partículas similares a axiones. Estas partículas son potencialmente más livianas que cualquier otra partícula fundamental conocida (los neutrinos pueden ser una excepción) y pueden "intercambiar personalidad" con fotones en campos electromagnéticos. En otras palabras, al volar a través de un campo magnético o cerca de partículas cargadas, un haz de axiones podría transformarse en fotones o viceversa.

   Esta propiedad especial conduce a una posibilidad intrigante, donde se podrían crear axiones durante la explosión de una estrella masiva al final de su vida útil, un evento comúnmente conocido como supernova. En el núcleo de la explosión, los iones y los protones están densamente apretados, permitiendo que los fotones energéticos, llamados rayos gamma, se transformen en axiones. En esta forma de axión fantasmal, pueden escapar rápidamente del núcleo denso y regresar lentamente a la forma de rayos gamma en su largo camino a través de los campos magnéticos en el espacio.

   Al llegar a la Tierra, la breve explosión resultante de rayos gamma se pudo detectar con el Telescopio de área grande (LAT) a bordo del satélite Fermi, que escanea constantemente todo el cielo en busca de rayos gamma y ve aproximadamente el 20% del cielo en cualquier momento dado. El desafío es saber exactamente cuándo buscar el estallido, que, según la teoría, dura solo decenas de segundos.

   Un nuevo estudio utiliza la gran cantidad de datos recopilados con el Fermi LAT para buscar explosiones inducidas por axiones correlacionándolas, por primera vez, con los resultados de encuestas dedicadas a supernovas. Estas encuestas, que utilizan telescopios ópticos tradicionales, detectan cientos de supernovas cada año.

   Al modelar el desvanecimiento de las explosiones, Manuel Meyer del Centro Erlangen de Física de Astropartículas y Tanja Petrushevska de la Universidad Nova Gorica pudieron hacer predicciones para la ventana de tiempo de la explosión y buscar el estallido de rayos gamma esperado en los datos de LAT. Como no encontraron ninguna señal de rayos gamma durante las ventanas de tiempo en cuestión, podrían restringir la fuerza de interacción entre las partículas de tipo axión y los fotones.

   "Aunque nuestro estudio no descarta la posibilidad de que partículas similares a axiones compongan toda la materia oscura, pudimos probar una región hasta ahora inexplorada del espacio de parámetros de partículas similares a axiones", dice Meyer en un comunicado, quien fue responsable del análisis de rayos gamma. "Nuestro estudio mejora los límites anteriores de la no observación de la explosión de rayos gamma de la supernova que ocurrió en 1987 en la Gran Nube de Magallanes en un factor de dos".

   Todavía queda un 10% de posibilidades de que el LAT no esté mirando el lugar correcto en el cielo cuando ocurrieron las explosiones. "Con encuestas en curso como la Instalación Transitoria Zwicky y el próximo Observatorio Rubin, la posibilidad de que observemos al menos una explosión de supernova con Fermi debería ser casi del 100%", agrega Petrushevska, que estudia observaciones ópticas de supernova. "Esta es una parte emocionante del estudio: abre una nueva forma de utilizar las explosiones de supernovas en otras galaxias para buscar física fundamental", continúa.

   Los dos investigadores esperan que sus nuevos resultados desencadenen una colaboración más estrecha entre los equipos que realizan los estudios ópticos y operan telescopios de rayos gamma.

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