Telescópios de raios gama que observam colisões de estrelas de nêutrons podem ser a chave para identificar a composição da matéria escura. Uma das principais teorias que explica a matéria escura é que ela é composta principalmente de partículas hipotéticas chamadas áxions. Se um áxion for criado dentro do ambiente intensamente energético da fusão de duas estrelas de nêutrons, ele deverá então decair em fótons de raios gama que poderíamos ver usando telescópios espaciais como o Fermi-LAT.
Cerca de 130 milhões de anos atrás, um par de estrelas de nêutrons colidiu violentamente. As poderosas ondas gravitacionais do impacto irradiaram para fora na velocidade da luz, seguidas logo depois por um tremendo flash de radiação. Em 17 de agosto de 2017, as ondas gravitacionais atingiram a Terra e foram detectadas por ambos os detectores do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) nos Estados Unidos, e pelo Interferômetro de Virgem Na Itália. Este evento foi denominado GW170817. Poucos segundos depois, o telescópio de raios gama Fermi-LAT registrou uma explosão de raios gama na mesma região do céu. Nos dias seguintes, outros telescópios viram e registraram o evento na luz visível e em outros comprimentos de onda. Isto marcou a primeira observação multi-mensageira da fusão de duas estrelas de nêutrons.
O que é um áxion?
Uma das principais teorias sobre a composição da matéria escura é que ela é composta principalmente de uma partícula hipotética chamada áxion. Se um número suficiente de áxions fossem criados no big bang e se suas massas estivessem dentro de uma faixa específica, então eles poderiam ser responsáveis por grande parte da matéria escura que molda o universo hoje. Infelizmente, os áxions nunca foram observados e ninguém ainda confirmou se eles existem. Mas, de acordo com o Dr. Bhupal Dev, da Universidade Estadual de Washington, áxions e partículas semelhantes a axions (ALPs) poderiam ser criados nas condições extremas de uma colisão de estrelas de nêutrons, e poderíamos ser capazes de ver sua assinatura na Terra.
Os físicos passaram décadas tentando resolver o mistério da matéria escura. Parece provável que poderia ser feito principalmente de áxions e partículas semelhantes a áxions, mas essas partículas ainda são apenas hipotéticas. O axion foi proposto pela primeira vez em 1977, como uma solução para o Forte problema de CPmas ainda não foi confirmado.
A teoria prevê, no entanto, que os áxions podem ser criados brevemente pela passagem de fótons de alta energia através de um poderoso campo magnético. Esses áxions duram pouco tempo e depois decaem novamente em um par de fótons de raios gama. Uma série de experimentos estão sendo conduzidos em todo o mundo, usando esse fenômeno para tentar criar áxions e observar a radiação gama de seu decaimento. Outros, como o Experimento Axion Dark Matter (ADMX) estão procurando áxions existentes naturalmente usando um processo semelhante para convertê-los em fótons de micro-ondas.
Mas há muitos lugares no Universo onde os áxions podem ser criados desta maneira, incluindo os núcleos das estrelas, em torno dos magnetares e em qualquer outro lugar com campos magnéticos fortes. Um local possível é o local de uma colisão de estrela de nêutrons. Quando esses objetos massivamente densos colidem, eles liberam uma enorme quantidade de energia, parte dela na forma de forte radiação eletromagnética e poderosos campos magnéticos: condições perfeitas para criar áxions!
Ao modelar as energias envolvidas, os pesquisadores podem prever as massas de áxions que serão produzidas. A partir daí eles podem deduzir a frequência específica dos fótons de raios gama que seriam produzidos quando eles decaíssem. Se pudermos detectar outra fusão desse tipo e identificar esse espectro específico de radiação gama proveniente da colisão, isso confirmaria que os áxions são reais e forneceria evidências que apoiam uma teoria importante sobre a matéria escura.
Aceleradores de partículas naturais
Uma experiência como esta não seria a primeira vez que os cientistas tentaram usar eventos naturais no lugar de um acelerador de partículas. Nossa própria atmosfera superior é um lugar onde ocorrem colisões de partículas de alta energia o tempo todo. Ao contrário da radiação gama, os raios cósmicos são partículas subatómicas que se deslocam através do espaço a velocidades relativísticas e originam-se de eventos catastróficos como explosões de supernovas. Quando encontram a nossa atmosfera, colidem com as moléculas do ar com maior violência do que somos capazes de criar nos nossos maiores aceleradores de partículas. Telescópios como o Sistema Estereoscópico de Alta Energia (HESS) na Namíbia são construídos para detectar essas colisões, no alto do céu. O HESS é um par de telescópios que se concentram na atmosfera superior, procurando as explosões características de radiação Cherenkov que revelam as cascatas de partículas geradas sempre que um raio cósmico atinge a atmosfera.
As observações do GW170817 já foram utilizadas pelo Dr. Dev: a análise cuidadosa dos raios gama observados pelo Fermi-LAT já ajudou a estreitar as restrições nas propriedades dos áxions e das partículas semelhantes a áxions.
Observações como esta, combinadas com o trabalho de experimentos terrestres como o ADMX, são essenciais para descobrir se existem áxions. E embora ainda não o tenham encontrado, ainda aprendemos algo cada vez que uma experiência não consegue encontrar nada. Cada teste é ajustado para uma massa específica, então todos esses resultados negativos trabalham juntos para estreitar o leque de possibilidades. Esperamos que não demore muito para termos uma resposta definitiva.
Fonte: InfoMoney
