Uno de los grandes desafíos de la ciencia es dar una explicación a la materia oscura, esa misteriosa forma de materia compuesta por partículas que no absorben, reflejan, o emiten luz y, por tanto, “invisible” para el ser humano. “Sabemos que existe por sus efectos gravitacionales, pero no hemos podido observarla directamente”, apuntan los investigadores del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Alicante (UA), Antonio Gómez-Bañón y José A. Pons, que recientemente han publicado un artículo que revela un innovador método de estudio del axión QCD (Quantum Chromo-Dynamics, Cromodinámica Cuántica).
El axión QCD es una partícula hipotética que podría resolver grandes cuestiones de la física fundamental como la naturaleza de la materia oscura. De ahí que sea crucial determinar sus propiedades, como su masa, y su forma de interactuar con otras partículas. “Lo interesante es que estas propiedades podrían acotarse observando fenómenos astrofísicos. Si esta partícula existe, su presencia tendría efectos medibles en ciertos entornos extremos como son las estrellas de neutrones”, destacan Gómez-Bañón y Pons.
De hecho, su último trabajo, publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters junto a investigadores de la Universidad Técnica de Múnich, se centra precisamente en entender cómo el axión QCD puede afectar la estructura y temperatura de las estrellas de neutrones y, al mismo tiempo, busca maneras de acotar las propiedades de estas partículas.
Qué pasos acercan a la partícula que podría explicar la materia oscura
El equipo de investigadores de la UA ha realizado dos contribuciones clave en la búsqueda de este axión: la identificación de una nueva región de exclusión en su espacio de parámetros y el desarrollo de un método innovador para acotar sus propiedades utilizando estrellas de neutrones. “Hemos investigado cómo la hipotética partícula afecta a la energía y presión de la materia nuclear dentro de las estrellas de neutrones”, explican.
Las soluciones obtenidas revelan que, para ciertos valores de los parámetros del axión QCD, la capa externa de la estrella de neutrones se vuelve más delgada, reduciendo su aislamiento térmico y acelerando el enfriamiento de la estrella. Por comparación, “esto es equivalente a que un planeta pierda su atmósfera y se anule el efecto invernadero”, explican.
Para alcanzar esta conclusión, los investigadores de la UA han llevado a cabo simulaciones de la evolución térmica de la estrella a largo plazo. “En etapas avanzadas de la evolución, las simulaciones predijeron estrellas de neutrones más frías que los datos observacionales. Esta diferencia nos ha permitido establecer nuevos límites a los valores de los parámetros del axión QCD”, señalan.
Qué plantea este método nuevo para estudiar el cosmos
A diferencia de enfoques previos, el nuevo método ideado examina cómo la propia presencia del axión modifica la estructura de la estrella de neutrones, comprimiendo sus capas externas y acelerando su enfriamiento. Además, aclaran, “la región de exclusión que hemos identificado restringe modelos teóricos previos, especialmente aquellos en los que el axión QCD sería un poco más ligero de lo esperado”.
“Si bien aún no hemos detectado el axión QCD, su posible influencia en los entornos más extremos del universo abre una ventana única para explorar los misterios más profundos de la física”, concluyen los investigadores de la UA.
