Uma equipe de físicos das Universidades de Amsterdã, Princeton e Oxford mostraram que partículas hipotéticas extremamente leves, conhecidas como áxions, poderiam aparecer como grandes nuvens ao redor de estrelas de nêutrons. Neste caso, os áxions poderiam fornecer uma explicação para a evasiva matéria escura e, além disso, não seriam tão difíceis de observar.
Fonte da imagem: Universidade de Amsterdã
O trabalho dedicado aos áxions em estrelas de nêutrons foi publicado no dia 17 de outubro na revista Physical Review X. Foi uma continuação do estudo teórico da natureza dos áxions, mas ao contrário do trabalho anterior, em que os autores consideraram a questão da emissão de áxions por uma estrela, o novo trabalho avalia áxions que sempre “pairaram” na estrela.
As estrelas de nêutrons criam condições tão extremas para a matéria ao seu redor e dentro delas que partículas raras podem aparecer ali, e a matéria exibe propriedades fantásticas. Um objeto medindo 12–15 km contém matéria com massa igual à massa do Sol. O dínamo de tal objeto produz um campo magnético monstruoso, e acredita-se que os áxions se transformem em fótons em campos magnéticos fortes.
Os axions foram propostos há cerca de 50 anos para eliminar uma série de inconsistências na física de partículas. Na verdade, esta é uma marca registrada de sabão em pó (ou sabão), que tem a intenção figurativa de “lavar” as deficiências de nosso conhecimento. Em teoria, são muito, muito leves e, portanto, difíceis de observar na natureza ou em laboratórios. Mais precisamente, ninguém os observou ainda. Como justificam os autores do trabalho, simplesmente não sabíamos onde melhor procurá-los. Segundo os cientistas, as estrelas de nêutrons são o melhor objeto para procurar áxions.
Quando decaem em fótons, os áxions emitem um sinal fraco devido à sua extrema leveza. Mas uma nuvem tão incrível de áxions pode se acumular em torno de uma estrela de nêutrons ao longo de milhões de anos que emitirá um sinal contínuo e relativamente facilmente detectável. Os áxions não cairão sobre uma estrela de nêutrons, sem exceção, devido à sua fraca interação com a matéria comum, de modo que as nuvens de áxions podem ser um atributo indispensável de absolutamente todas as estrelas de nêutrons.
A fraca interação dos áxions com a matéria comum os torna bons candidatos à matéria escura. De acordo com os cálculos da equipa, a nuvem de áxions perto de uma estrela de neutrões cria uma densidade no espaço local que é vinte ordens de grandeza superior à densidade da matéria escura. Observar nuvens de áxions em torno de estrelas de nêutrons poderia desvendar muitos segredos da física de partículas e lançar luz sobre a matéria escura. Aliás, durante a morte de uma estrela de nêutrons, uma nuvem de áxions pode produzir um clarão colossal característico, que também pode ser observado por nossos instrumentos.
A possibilidade da existência de nuvens de axions também abre muitas direções na física teórica, desde a modelagem da dinâmica das estrelas de nêutrons levando em consideração sua influência até a descrição do comportamento das próprias nuvens. As bases para os cálculos e observações necessários já foram lançadas, mas é necessário trabalho adicional, incluindo modelação numérica.