p Um novo estudo, liderado por um físico teórico do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab), sugere que partículas nunca antes observadas chamadas axions podem ser a fonte de inexplicáveis, emissões de raios-X de alta energia em torno de um grupo de estrelas de nêutrons. p Teorizado pela primeira vez na década de 1970 como parte de uma solução para um problema fundamental de física de partículas, espera-se que os áxions sejam produzidos no núcleo das estrelas, e para se converter em partículas de luz, chamados fótons, na presença de um campo magnético.

p Axions também podem constituir matéria escura - a coisa misteriosa que representa cerca de 85 por cento da massa total do universo, no entanto, até agora só vimos seus efeitos gravitacionais sobre a matéria comum. Mesmo que o excesso de raios-X acabe não sendo axions ou matéria escura, ainda poderia revelar uma nova física.

p Uma coleção de estrelas de nêutrons, conhecido como o Magnífico 7, forneceu um excelente teste para a possível presença de axions, como essas estrelas possuem campos magnéticos poderosos, estão relativamente próximos - dentro de centenas de anos-luz - e só se esperava que produzissem raios X de baixa energia e luz ultravioleta.

p "Eles são conhecidos por serem muito 'chatos, '"e neste caso é uma coisa boa, disse Benjamin Safdi, um Divisional Fellow no grupo de teoria da Divisão de Física do Laboratório de Berkeley que conduziu um estudo, publicado em 12 de janeiro no jornal Cartas de revisão física , detalhando a explicação do áxion para o excesso.

p Christopher Dessert, uma afiliada da Berkeley Lab Physics Division, contribuiu fortemente para o estudo, que também teve a participação de pesquisadores da UC Berkeley, a Universidade de Michigan, Universidade de Princeton, e a Universidade de Minnesota.

p Se as estrelas de nêutrons fossem de um tipo conhecido como pulsares, eles teriam uma superfície ativa emitindo radiação em diferentes comprimentos de onda. Esta radiação apareceria em todo o espectro eletromagnético, Safdi observou, e poderia abafar esta assinatura de raios-X que os pesquisadores encontraram, ou produziria sinais de radiofrequência. Mas o Magnificent 7 não são pulsares, e nenhum sinal de rádio foi detectado. Outras explicações astrofísicas comuns também não parecem se sustentar nas observações, Disse Safdi.

p Se o excesso de raios-X detectado em torno do Magnificent 7 for gerado a partir de um objeto ou objetos escondidos atrás das estrelas de nêutrons, isso provavelmente teria aparecido nos conjuntos de dados que os pesquisadores estão usando de dois satélites espaciais:o XMM-Newton da Agência Espacial Europeia e os telescópios de raios-X Chandra da NASA.

p Safdi e colaboradores dizem que ainda é bem possível que um novo, explicação não axion surge para explicar o excesso de raios-X observado, embora eles permaneçam esperançosos de que tal explicação ficará fora do Modelo Padrão da física de partículas, e que novos experimentos terrestres e espaciais confirmarão a origem do sinal de raios-X de alta energia.

p "Estamos bastante confiantes de que esse excesso existe, e muito confiante de que há algo novo entre esse excesso, "Safdi disse." Se tivéssemos 100% de certeza de que o que estamos vendo é uma nova partícula, isso seria enorme. Isso seria revolucionário na física. "Mesmo que a descoberta acabe por não estar associada a uma nova partícula ou matéria escura, ele disse, "Isso nos diria muito mais sobre o nosso universo, e haveria muito o que aprender. "

p Raymond Co, um pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Minnesota que colaborou no estudo, disse, "Não estamos afirmando que descobrimos o áxion ainda, mas estamos dizendo que os fótons extras de raios-X podem ser explicados por axions. É uma descoberta emocionante do excesso de fótons de raios-X, e é uma possibilidade empolgante que já é consistente com a nossa interpretação dos áxions. "

p Se axions existem, eles deveriam se comportar como neutrinos em uma estrela, pois ambos teriam massas muito pequenas e interagiriam muito raramente e fracamente com outras matérias. Eles poderiam ser produzidos em abundância no interior das estrelas. Partículas não carregadas chamadas nêutrons se movem dentro de estrelas de nêutrons, ocasionalmente interagindo por dispersão um do outro e liberando um neutrino ou possivelmente um áxion. O processo de emissão de neutrinos é a maneira dominante pela qual as estrelas de nêutrons se resfriam ao longo do tempo.

p Como neutrinos, os axions seriam capazes de viajar para fora da estrela. O campo magnético incrivelmente forte em torno das 7 estrelas Magníficas - bilhões de vezes mais fortes do que os campos magnéticos que podem ser produzidos na Terra - poderia fazer com que os áxions existentes se convertessem em luz.

p Estrelas de nêutrons são objetos incrivelmente exóticos, e Safdi notou que muita modelagem, análise de dados, e o trabalho teórico foi para o estudo mais recente. Os pesquisadores usaram intensamente um banco de supercomputadores conhecido como Lawrencium Cluster no Berkeley Lab no trabalho mais recente.

p Parte desse trabalho foi conduzido na Universidade de Michigan, onde Safdi trabalhou anteriormente. "Sem o trabalho de supercomputação de alto desempenho em Michigan e Berkeley, nada disso teria sido possível, " ele disse.

p "Há muito processamento e análise de dados envolvidos nisso. É preciso modelar o interior de uma estrela de nêutrons para prever quantos axions devem ser produzidos dentro dessa estrela."

p Safdi observou que, como próximo passo nesta pesquisa, estrelas anãs brancas seriam um lugar privilegiado para procurar áxions porque também têm campos magnéticos muito fortes, e espera-se que sejam "ambientes livres de raios-X".

p "Isso começa a ser muito convincente de que isso é algo além do modelo padrão se vemos um excesso de raios-X lá, também, " ele disse.

p Os pesquisadores também podem recrutar outro telescópio espacial de raios-X, chamado NuStar, para ajudar a resolver o mistério do excesso de raios-X.

p Safdi disse que também está animado com experimentos terrestres, como CAST no CERN, que opera como um telescópio solar para detectar axions convertidos em raios-X por um forte ímã, e ALPS II na Alemanha, que usaria um poderoso campo magnético para fazer com que os axions se transformassem em partículas de luz em um lado da barreira, conforme a luz do laser atinge o outro lado da barreira.

p Axions têm recebido mais atenção à medida que uma sucessão de experimentos não conseguiu detectar sinais do WIMP (partícula massiva de interação fraca), outro candidato promissor à matéria escura. E a imagem do axion não é tão simples - poderia ser um álbum de família.

p Pode haver centenas de partículas semelhantes a axions, ou ALPs, que compõe a matéria escura, e a teoria das cordas - uma teoria candidata para descrever as forças do universo - mantém em aberto a possível existência de muitos tipos de ALPs.