Astrofísicos de la Universidad de California, Berkeley, proponen que la elusiva partícula de materia oscura, el axión, podría ser detectada dentro de segundos tras una explosión de supernova cercana. Este avance depende de la detección de rayos gamma producidos durante los primeros momentos posteriores al colapso del núcleo de una estrella masiva.
Se espera que el axión, una partícula ligera teorizada para constituir una parte significativa de la materia oscura del universo, se genere en grandes cantidades poco después de una supernova. Para que se produzca la detección, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi debe estar apuntando hacia la supernova en el momento de la explosión, un escenario con aproximadamente un 10% de posibilidades.
Si se detectan rayos gamma, los investigadores podrían determinar la masa del axión en un amplio rango de valores teóricos, incluidos aquellos que actualmente se están probando en experimentos de laboratorio. Por el contrario, la falta de detección descartaría muchas masas potenciales del axión, impactando significativamente la investigación actual sobre materia oscura.
La última supernova cercana, 1987A, ocurrió en la Nube de Magallanes Mayor. En ese momento, el telescopio Solar Maximum Mission no era lo suficientemente sensible como para detectar la intensidad de rayos gamma esperada, dejando un vacío en los datos.
Benjamin Safdi, profesor asociado en UC Berkeley, expresó su preocupación de que la próxima supernova podría ocurrir antes de que se dispongan de instrumentos de detección apropiados. Actualmente, los investigadores están discutiendo la viabilidad de lanzar una constelación de satélites de rayos gamma de cielo completo, denominada GALAXIS, para asegurar una monitorización continua del cielo en busca de explosiones de rayos gamma.
El axión es un candidato sólido para la materia oscura, encajando dentro del modelo estándar de la física de partículas y potencialmente unificando la gravedad con la mecánica cuántica. El axión QCD, nombrado en honor a la cromodinámica cuántica, interactúa débilmente con la materia y se teorizó que se transforma en fotones en campos magnéticos fuertes.
Los experimentos actuales, incluidos los del Consorcio ALPHA, buscan detectar axiones utilizando configuraciones de laboratorio. Sin embargo, el equipo de UC Berkeley sugiere que las estrellas de neutrones podrían servir como entornos óptimos para la producción de axiones, especialmente durante supernovas de colapso del núcleo. Sus hallazgos indican que los rayos gamma producidos en la cercanía de las estrellas de neutrones podrían ser detectados, proporcionando información sobre las propiedades del axión.
En su reciente artículo, los investigadores establecieron límites sobre la masa de partículas similares al axión, prediciendo que una detección de rayos gamma podría confirmar la masa del axión QCD si supera los 50 microelectrónvolts. Esto permitiría que los experimentos existentes se reorienten para confirmar las características del axión.
El estudio subraya la importancia de las capacidades de detección en el momento adecuado en la búsqueda de materia oscura, ya que la próxima supernova podría ofrecer una oportunidad crucial para avanzar en nuestra comprensión del universo.