Antiguas estrellas explosivas podrían terminar con el misterio de la materia oscura

Las estrellas de axiones, que explotaron después del Big Bang, podrían arrojar luz sobre la materia oscura: existirían grandes agrupaciones de estas estrellas, hipotéticamente de materia oscura, en el centro de las galaxias. Su existencia y distribución podrían explicar los faltantes de materia convencional en las galaxias.

Una nueva investigación realizada por científicos del King's College de Londres, en el Reino Unido, sugiere que las estrellas de axiones, que estallaron en los inicios del cosmos, podrían aclarar el enigma sobre la naturaleza y la ubicación de la materia oscura. El estudio y sus hallazgos se han publicado en una serie de artículos científicos en la revista Physical Review D.

Los axiones y la materia oscura

Los axiones fueron teorizados inicialmente en 1977: son partículas hipotéticas de masa ligera, que se han sugerido como posibles candidatos para integrar a la misteriosa materia oscura, debido al calor que desprenden. Sin embargo, como podrían tener una amplia variedad de tamaños y masas, su identificación ha sido sumamente compleja hasta el momento.

Ahora, los científicos británicos han propuesto un nuevo enfoque para localizar a estas intrigantes partículas, que podría explicar uno de los grandes misterios de la astrofísica: la materia oscura. Aunque entendemos que el 85% del Universo está compuesto por materia oscura, no sabemos cómo es ni dónde se localiza, ya que no interactúa con la luz, no la podemos ver y solo muestra su presencia por su influencia gravitacional sobre otros cuerpos.

Los científicos creen que los axiones deben estar presentes en cantidades muy grandes para explicar la masa faltante en las galaxias: al estar densamente empaquetados en áreas específicas, tendrían que estar sujetos a las leyes de la mecánica cuántica. Esto significaría que los axiones individuales comenzarían a actuar en conjunto, existiendo grandes agrupaciones de materia oscura axónica en el centro de las galaxias, también conocidas como estrellas de axiones.

Simulación de la explosión de una estrella de axiones. Crédito: King's NMES / YouTube.

Explosiones de estrellas de axiones

De acuerdo a una nota de prensa, estas estrellas de axiones podrían volverse inestables más allá de un cierto umbral de masa, explotando en radiación electromagnética y fotones o partículas de luz. Los autores del nuevo estudio postulan que estas explosiones tienen el potencial de haber calentado el gas cósmico que existe entre las galaxias, en el tiempo que separa el Big Bang y la formación de las primeras estrellas, o sea entre 50 y 500 millones de años después del inicio del Universo.

Para los investigadores, las estrellas de axiones relativamente compactas tienen la capacidad de estallar en un halo de electromagnetismo y luz, el cual podría rastrearse como una variación en el fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación electromagnética que llena todo el espacio y que es un remanente del Big Bang o estallido inicial.

De esta manera, al conocer el tipo de estructuras que puede formar la materia oscura axónica y su impacto en el gas intergaláctico circundante, sería posible allanar el camino para su identificación definitiva y concluyente. Al buscar señales de explosiones de estrellas de axiones en el Universo primitivo o actual, los científicos pueden utilizar estos métodos para rastrear los axiones hasta hoy no observados, descubriendo finalmente la fuente de parte o de la totalidad de la materia oscura.

Referencia

Axion star explosions: A new source for axion indirect detection. Miguel Escudero et al. Physical Review D (2024). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.043018