Investigadors de la UA obrin una finestra a l'univers extrem: revelen com la matèria fosca podria refredar estrelles de neutrons
El seu treball avança en un innovador mètode per a estudiar el comportament d’una hipotètica partícula, l’axió QCD
Un dels grans desafiaments de la ciència és donar una explicació a la matèria fosca, aquesta misteriosa forma de matèria composta per partícules que no absorbeixen, reflecteixen o emeten llum i, per tant, “invisible” per a l’ésser humà. “Sabem que existeix pels seus efectes gravitacionals, però no l’hem pogut observar directament”, apunten els investigadors del Departament de Física Aplicada de la Universitat d’Alacant (UA), Antonio Gómez-Bañón i José A. Pons, que recentment han publicat un article que revela un innovador mètode d’estudi de l’axió QCD (Quantum Chromo-Dynamics, Cromodinàmica Quàntica).
L’axió QCD és una partícula hipotètica que podria resoldre grans qüestions de la física fonamental com la naturalesa de la matèria fosca. Per això és crucial determinar les seues propietats, com ara la seua massa, i la seua forma d’interactuar amb altres partícules. “El més interessant és que aquestes propietats podrien acotar-se observant fenòmens astrofísics. Si aquesta partícula existeix, la seua presència tindria efectes mesurables en certs entorns extrems com són les estrelles de neutrons”, destaquen Gómez-Bañón i Pons.
De fet, el seu últim treball, publicat en la prestigiosa revista Physical Review Letters juntament amb investigadors de la Universitat Tècnica de Munic, se centra precisament en entendre com l’axió QCD pot afectar l’estructura i temperatura de les estrelles de neutrons i, alhora, busca maneres d’acotar les propietats d’aquestes partícules.
Principals resultats
L’equip d’investigadors de la UA ha fet dues contribucions clau en la cerca d’aquest axió: la identificació d’una nova regió d’exclusió en el seu espai de paràmetres i el desenvolupament d’un mètode innovador per a acotar les seues propietats utilitzant estrelles de neutrons. “Hem investigat com la hipotètica partícula afecta l’energia i pressió de la matèria nuclear dins de les estrelles de neutrons”, expliquen.
Les solucions obtingudes revelen que, per a certs valors dels paràmetres de l’axió QCD, la capa externa de l’estrella de neutrons es torna més prima, reduint el seu aïllament tèrmic i accelerant el refredament de l’estrella. Per comparació, “això és equivalent al fet que un planeta perda la seua atmosfera i s’anul·le l’efecte hivernacle”, expliquen.
Per a arribar a aquesta conclusió, els investigadors de la UA han realitzat simulacions de l’evolució tèrmica de l’estrella a llarg termini. “En etapes avançades de l’evolució, les simulacions van predir estrelles de neutrons més fredes que les dades observacionals. Aquesta diferència ens ha permés establir nous límits als valors dels paràmetres de l’axió QCD”, assenyalen.
A diferència d’enfocaments anteriors, el nou mètode ideat examina com la pròpia presència de l’axió modifica l’estructura de l’estrella de neutrons, comprimint les seues capes externes i accelerant el seu refredament. A més, aclareixen, “la regió d’exclusió que hem identificat restringeix models teòrics previs, especialment aquells en què l’axió QCD seria una mica més lleuger del que s’esperava”.
“Encara que encara no hem detectat l’axió QCD, la seua possible influència en els entorns més extrems de l’univers obri una finestra única per a explorar els misteris més profunds de la física”, conclouen els investigadors de la UA.