Científicos ponen a prueba la Teoría de Cuerdas en un agujero negro supermasivo


Utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, un grupo de astrofísicos han buscado signos de una partícula aún no detectada predicha por la teoría de cuerdas, un conjunto de modelos teóricos destinados a unir todas las fuerzas de la naturaleza, partículas e interacciones físicas conocidas.

"Hasta hace poco no tenía idea de cuánto aportan los astrónomos de rayos X a la mesa cuando se trata de la teoría de cuerdas, pero podríamos desempeñar un papel importante. Si finalmente se detectan estas partículas, cambiaría la física para siempre", dijo el autor principal del estudio, el Dr. Christopher Reynolds, investigador de la Universidad de Cambridge.

La partícula desconocida que el Dr. Reynolds y sus colegas de investigación estaban buscando se llama axión.

Esta partícula aún no detectada debería tener una masa extraordinariamente baja. Los físicos teóricos no conocen el rango de masa preciso, pero muchas teorías presentan masas de axiones que van desde aproximadamente una millonésima parte de la masa de un electrón hasta la masa cero.

Algunos científicos piensan que los axiones podrían explicar el misterio de la materia oscura, una forma de materia desconocida que representa la gran mayoría de la materia en el universo.

Una propiedad inusual de esta partícula de masa ultrabaja sería que a veces podría convertirse en fotones (es decir, paquetes de luz) a medida que pasan a través de campos magnéticos. Lo contrario también puede ser cierto: los fotones también pueden convertirse en axiones bajo ciertas condiciones.

La frecuencia con la que ocurre este cambio depende de la facilidad con que realizan esta conversión, en otras palabras, de su "convertibilidad".

Algunos científicos han propuesto la existencia de una clase más amplia de partículas de masa ultrabaja con propiedades similares a los axiones.

Los axiones tendrían un solo valor de convertibilidad en cada masa, pero las "partículas similares a los axiones" tendrían un rango de convertibilidad en la misma masa.

"Si bien puede parecer una posibilidad remota buscar partículas diminutas como axiones en estructuras gigantes como los cúmulos de galaxias, en realidad son excelentes lugares para buscar", dijo el coautor del estudio, el Dr. David Marsh, investigador de la Universidad de Estocolmo.

"Los cúmulos de galaxias contienen campos magnéticos en distancias gigantes, y también a menudo contienen fuentes de rayos X brillantes. En conjunto, estas propiedades aumentan las posibilidades de que la conversión de partículas similares a los axiones sea detectable".

Para buscar signos de conversión por partículas similares a los axiones, los astrofísicos examinaron durante cinco días las observaciones en rayos X del material que caía hacia el agujero negro supermasivo en el centro de NGC 1275, la galaxia central del cúmulo de galaxias de Perseo.

Estudiaron el espectro, capturado por el observatorio Chandra, o la cantidad de emisión de rayos X observada a diferentes energías, de esta fuente.

La observación científica durante un periodo de tiempo prolongado y la fuente brillante de rayos X dieron como resultado un espectro con suficiente sensibilidad para mostrar distorsiones que los científicos esperarían ver, solo si hubiera partículas similares a axiones.

La falta de detección de tales distorsiones permitió a los investigadores descartar por completo la presencia de la mayoría de los tipos de partículas similares a axiones en el rango de masa a la que sus observaciones eran sensibles; por debajo de aproximadamente una millonésima de billonésima parte de la masa de un electrón.

"Nuestra investigación no descarta la existencia de estas partículas, pero definitivamente esto no ayuda a su caso", dijo la coautora del estudio, la Dra. Helen Russell, investigadora de la Universidad de Nottingham.

"Estas restricciones profundizan en el rango de las propiedades sugeridas por la teoría de cuerdas y pueden ayudar a los teóricos de la teoría de cuerdas a desmalezar sus teorías".

Referencia del documento científico:
Christopher S. Reynolds et al. 2020. Límites astrofísicos en partículas muy similares a axiones en NGC 1275 con espectroscopía de Chandra. The Astrophysical Journal, Volumen 890, Número 1; doi: 10.3847 / 1538-4357 / ab6a0c

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