Explosão de supernova pode revelar segredos da matéria escura

Uma iminente explosão de supernova poderia ser a chave para desvendar um dos maiores mistérios da física: a matéria escura. Astrônomos da Universidade da Califórnia, Berkeley (UC Berkeley, EUA), acreditam que os primeiros 10 segundos de uma supernova podem emitir partículas hipotéticas chamadas áxions em quantidade suficiente para confirmar sua existência.

Esta descoberta Seria como “ganhar na loteria” em físicaconsiderando a dificuldade em detectar essas partículas por outros meios. Ir além disso abriria um enorme leque de possibilidades compreender os fatores mais complexos relacionados ao Universo.

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Concentre-se nos áxions

Os axions foram inicialmente propostos na década de 1970 para resolver um dilema da física de partículas chamado “problema de CP forte”.em cromodinâmica quântica (QCD). Basicamente, pergunta por que a interação de força forte não viola a simetria CP (paridade de carga).

A força forte é uma das quatro forças fundamentais da naturezaresponsável por manter os núcleos atômicos unidos. A existência de áxions, com massa extremamente pequena, ausência de carga elétrica e abundância no Universo, responderia como um hipotético ajuste automático do valor do parâmetro que causaria violação do CP na QCD para zero ou próximo de zero, eliminando assim a violação de CP em interações fortes.

Mais tarde, os físicos perceberam que essas propriedades também fez dos áxions candidatos ideais para formar a matéria escuraa substância invisível que representa a maior parte da massa do Universo. De acordo com as teorias mais aceitas, a matéria escura representa cerca de 27% do cosmos.

Como detectar áxions em uma supernova?

A detecção de axion é baseada em uma propriedade específica: em campos magnéticos intensos, eles podem se transformar em fótonspartículas de luz. As estrelas de nêutrons, remanescentes de estrelas massivas após uma supernova, têm campos magnéticos incrivelmente fortes, tornando-os lugares promissores para pesquisar.

A equipe da UC Berkeley calculou que o momento ideal para encontrar áxions é durante o nascimento de uma estrela de nêutronsisto é, nos momentos iniciais de uma explosão de supernova. Simulações indicam que uma “explosão” de áxions ocorreria nos primeiros 10 segundos após o colapso da estrelagerando uma emissão detectável de raios gama. Eles estimam que um tipo específico de áxion, denominado “áxion QCD”, seria detectável por este método. se sua massa fosse superior a 50 microelétron-volts (uma pequena fração da massa de um elétron).

A necessidade de um novo observatório

No momento, o Telescópio Espacial Fermi é o principal instrumento para detectar raios gama de supernovas. No entanto, tem apenas 10% de chance de ser apontado para o local certo no momento da explosão. Para aumentar drasticamente as chances de detecção, pesquisadores propõem o desenvolvimento do GALAXIS (GALactic AXion Instrument for Supernova), uma frota de satélites de raios gama capazes de observar 100% do céu continuamente.

A detecção ou ausência de áxions durante uma supernova produzirá resultados igualmente valiosos para a ciência. Se a existência de áxions for confirmada, eles poderão nos ajudar a compreender não apenas a matéria escura e o problema do CP forte, mas também outras áreas da física teórica.como a teoria das cordas e o desequilíbrio entre matéria e antimatéria no Universo.

A questão crucial agora está esperando pela próxima supernova em nossa galáxia. O evento pode acontecer a qualquer momento – hoje, amanhã ou daqui a décadas. Se o Fermi ou, idealmente, a frota GALAXIS estiverem posicionados corretamente, seremos capazes de obter respostas para algumas das questões mais profundas da ciência em questão de segundos. A busca foi publicado na revista Physical Review Letters.