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    Los rayos X que rodean al Magnificent 7 pueden ser rastros de una partícula buscada

    Una representación artística del telescopio espacial XMM-Newton (misión multi-espejo de rayos X). Un estudio de datos de archivo de los telescopios espaciales de rayos X XMM-Newton y Chandra encontró evidencia de altos niveles de emisión de rayos X de las cercanas estrellas de neutrones Magnificent Seven, que pueden surgir de las hipotéticas partículas conocidas como axiones. Crédito:D. Ducros; ESA / XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 OIG

    Un nuevo estudio dirigido por un físico teórico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab), sugiere que partículas nunca antes observadas llamadas axiones pueden ser la fuente de inexplicables, Emisiones de rayos X de alta energía que rodean a un grupo de estrellas de neutrones.

    Teorizado por primera vez en la década de 1970 como parte de una solución a un problema fundamental de física de partículas, Se espera que los axiones se produzcan en el núcleo de las estrellas, y convertir en partículas de luz, llamados fotones, en presencia de un campo magnético.

    Los axiones también pueden formar materia oscura, la materia misteriosa que representa aproximadamente el 85 por ciento de la masa total del universo. sin embargo, hasta ahora solo hemos visto sus efectos gravitacionales sobre la materia ordinaria. Incluso si el exceso de rayos X resulta no ser axiones o materia oscura, todavía podría revelar nueva física.

    Una colección de estrellas de neutrones, conocido como los 7 magníficos, proporcionó un excelente banco de pruebas para la posible presencia de axiones, como estas estrellas poseen poderosos campos magnéticos, están relativamente cerca, a cientos de años luz, y solo se esperaba que produjeran rayos X de baja energía y luz ultravioleta.

    "Se sabe que son muy 'aburridos, '"y en este caso es bueno, dijo Benjamin Safdi, un miembro de división en el grupo teórico de la División de Física del Laboratorio de Berkeley que dirigió un estudio, publicado el 12 de enero en la revista Cartas de revisión física , detallando la explicación axion del exceso.

    Postre de Christopher, una filial de la División de Física del Laboratorio de Berkeley, contribuyó en gran medida al estudio, que también contó con la participación de investigadores de UC Berkeley, la Universidad de Michigan, Universidad de Princeton, y la Universidad de Minnesota.

    Si las estrellas de neutrones fueran de un tipo conocido como púlsares, tendrían una superficie activa que emite radiación en diferentes longitudes de onda. Esta radiación aparecería en todo el espectro electromagnético, Safdi señaló, y podría ahogar esta firma de rayos X que los investigadores habían encontrado, o produciría señales de radiofrecuencia. Pero los 7 magníficos no son púlsares, y no se detectó tal señal de radio. Otras explicaciones astrofísicas comunes tampoco parecen estar a la altura de las observaciones, Dijo Safdi.

    Si el exceso de rayos X detectado alrededor del Magnificent 7 se genera a partir de un objeto u objetos que se esconden detrás de las estrellas de neutrones, eso probablemente habría aparecido en los conjuntos de datos que los investigadores están utilizando de dos satélites espaciales:el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y los telescopios de rayos X Chandra de la NASA.

    Safdi y sus colaboradores dicen que todavía es muy posible que un nuevo, La explicación de no axiones surge para explicar el exceso de rayos X observado, aunque tienen la esperanza de que tal explicación quede fuera del Modelo Estándar de física de partículas, y que nuevos experimentos terrestres y espaciales confirmarán el origen de la señal de rayos X de alta energía.

    "Estamos bastante seguros de que existe este exceso, y muy seguro de que hay algo nuevo entre este exceso, "Dijo Safdi." Si estuviéramos 100% seguros de que lo que estamos viendo es una nueva partícula, eso sería enorme. Eso sería revolucionario en física ". Incluso si el descubrimiento resulta no estar asociado con una nueva partícula o materia oscura, él dijo, "Nos diría mucho más sobre nuestro universo, y habría mucho que aprender ".

    Raymond Co., un investigador postdoctoral de la Universidad de Minnesota que colaboró ​​en el estudio, dijo, "No estamos afirmando que hayamos descubierto el axión todavía, pero estamos diciendo que los fotones de rayos X adicionales pueden explicarse por axiones. Es un descubrimiento emocionante del exceso de fotones de rayos X, y es una posibilidad emocionante que ya es coherente con nuestra interpretación de los axiones ".

    Si existen axiones, se esperaría que se comportaran como neutrinos en una estrella, ya que ambos tendrían masas muy ligeras e interactuarían muy raramente y débilmente con otra materia. Podrían producirse en abundancia en el interior de las estrellas. Las partículas sin carga llamadas neutrones se mueven dentro de las estrellas de neutrones, ocasionalmente interactúan dispersándose unos de otros y liberando un neutrino o posiblemente un axión. El proceso de emisión de neutrinos es la forma dominante en que las estrellas de neutrones se enfrían con el tiempo.

    Como neutrinos los axiones podrían viajar fuera de la estrella. El campo magnético increíblemente fuerte que rodea a las 7 estrellas Magníficas, miles de millones de veces más fuerte que los campos magnéticos que se pueden producir en la Tierra, podría hacer que los axiones que salen se conviertan en luz.

    Las estrellas de neutrones son objetos increíblemente exóticos, y Safdi señaló que muchos modelos, análisis de los datos, y el trabajo teórico entró en el último estudio. Los investigadores han utilizado mucho un banco de supercomputadoras conocido como Lawrencium Cluster en Berkeley Lab en el último trabajo.

    Parte de este trabajo se había realizado en la Universidad de Michigan, donde Safdi trabajó anteriormente. "Sin el trabajo de supercomputación de alto rendimiento en Michigan y Berkeley, nada de esto hubiera sido posible, " él dijo.

    "Hay mucho procesamiento de datos y análisis de datos relacionados con esto. Hay que modelar el interior de una estrella de neutrones para predecir cuántos axiones deberían producirse dentro de esa estrella".

    Safdi señaló que como siguiente paso en esta investigación, Las estrellas enanas blancas serían un lugar privilegiado para buscar axiones porque también tienen campos magnéticos muy fuertes, y se espera que sean "entornos libres de rayos X".

    "Esto comienza a ser bastante convincente de que esto es algo más allá del Modelo Estándar si vemos un exceso de rayos X allí, también, " él dijo.

    Los investigadores también podrían alistar otro telescopio espacial de rayos X, llamado NuStar, para ayudar a resolver el misterio del exceso de rayos X.

    Safdi dijo que también está entusiasmado con los experimentos en tierra como CAST en el CERN, que funciona como un telescopio solar para detectar axiones convertidos en rayos X por un imán fuerte, y ALPS II en Alemania, que usaría un poderoso campo magnético para hacer que los axiones se transformen en partículas de luz en un lado de una barrera cuando la luz láser incide en el otro lado de la barrera.

    Los axiones han recibido más atención ya que una sucesión de experimentos no ha logrado mostrar signos de WIMP (partícula masiva de interacción débil), otro candidato prometedor para la materia oscura. Y la imagen de axion no es tan sencilla; en realidad, podría ser un álbum familiar.

    Podría haber cientos de partículas similares a axiones, o ALP, que componen la materia oscura, y la teoría de cuerdas, una teoría candidata para describir las fuerzas del universo, mantiene abierta la posible existencia de muchos tipos de ALP.


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