Essas estrelas de nêutrons podem ser a chave para desvendar a matéria escura

Um grupo de pesquisadores encontrou algo que talvez solucione um dos maiores mistérios da astronomia moderna — a natureza da matéria escura, ou melhor, a partícula que a compõe. É que um novo estudo publicado na revista Physical Review Letters na última terça-feira (19) mostra como um excesso de raios-X em um grupo de estrelas de nêutrons pode ser a evidência física da existência dos áxions.

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A ciência nem sempre é feita através das coisas que vemos e podemos tocar e comprovar em um laboratório. Muitas vezes, é necessário "imaginação", pois existem certas coisas na Terra e universo afora que não podem ser explicadas sem se cogitar a existência de elementos jamais observados por humanos. O áxion é um exemplo maravilhoso disso. Astrônomos não podem explicar muito bem a evolução das galáxias sem considerar a existência da matéria escura, mesmo que jamais a tenham visto. E não é possível estudar as possíveis características da matéria escura sem formular como poderiam ser os áxions. 

O áxion é uma partícula hipotética proposta pela primeira vez por Roberto Peccei e Helen Quinn há mais de 40 anos como uma solução para algo chamado “violação CP” (um problema da cromodinâmica quântica). Essa proposta ficou conhecida como teoria de Peccei-Quinn. Hipoteticamente, se os áxions existirem, eles podem ser um possível componente da matéria escura — que é um tipo de matéria estranha e invisível que compõe cerca de 80% de toda a matéria do universo.

Na teoria, áxions seriam mais ou menos como neutrinos. Ou seja, partículas que interagem pouquíssimo com a matéria conhecida do universo. Ambas são capazes de viajar pelo cosmos atravessando todo tipo de objetos — inclusive nossos corpos —, em linha reta, quase sem deixar rastros de suas passagens. Outra semelhança entre essas duas partículas é que ambas se formam no interior do núcleo das estrelas. A principal diferença é que apenas os neutrinos têm a existência comprovada.

Nas últimas décadas, astrônomos tentam encontrar evidencias da existência de áxions, sem muito sucesso. Mas o novo estudo sugere procurar em um grupo específico de estrelas de nêutrons, conhecido como Magnificent Seven. Como o nome sugere, são sete objetos, isolados entre si, mas com algumas características em comum. Por exemplo, todas têm algumas centenas de milhares de anos e todas são emissoras de raios-X moles (um tipo de raio-X que encontra mais dificuldade em atravessar corpos).

Dentro de estrelas de nêutrons como estas, partículas não carregadas (nêutrons) se movem, ocasionalmente interagindo entre si, espalhando-se e liberando neutrinos — e, talvez, áxions. Ambas as partículas têm grande facilidade de sair de dentro das estrelas, pois interagem pouco com qualquer tipo de matéria. Mas isso não significa que não haja nenhuma interação. Cogita-se que o gigantesco campo magnético das estrelas de nêutrons seja capaz de fazer com que os áxions existentes se convertam em luz (tanto raios-X quanto a luz são produzidos por fótons).

Acontece que em 2019, alguns cientistas publicaram um artigo na Astrophysical Journal sobre um aumento inexplicável nos raios-X emitidos pelas Magnificent Seven. Agora, parte dessa equipe publicou um novo estudo, defendendo que esses raios-X extras podem ser explicador ​​por áxions, que teriam sido produzidos no interior dessas sete estrelas. As partículas hipotéticas teriam então viajado para o lado exterior das estrelas e, uma vez influenciadas pelo imenso campo magnético das estrelas, foram convertidas em raios-X (lembre-se que áxions podem ser convertidos em fótons de luz, então não é difícil que também possam ser convertidos em fótons de raios-X).

Isso explicaria o excesso de raios-X nas Magnificent Seven, e a equipe responsável pelo artigo está otimista. “Estamos bastante confiantes de que esse excesso [de raios-X] existe, e muito confiantes de que há algo novo neste excesso”, disse Benjamin R. Safdi, um dos coautores da pesquisa. O entusiasmo é justificável. Se eles de fato puderem provar que essa anomalia nas estrelas de neutros é fruto da atividade dos áxions, eles não somente poderiam confirmar a existência dessa partícula, como também poderiam solucionar o mistério da matéria escura.

Ainda é cedo para bater o martelo sobre a origem dessa anomalia nos raios-X. Os autores do artigo estão cientes que outros estudiosos em breve apresentarão outras propostas que talvez expliquem o fenômeno nas Magnificent Seven. Entretanto, Safdi está certo que tal explicação “estará fora do modelo padrão da física de partículas”. Em outras palavras, algo novo está prestes a ser revelado. Algo talvez revolucionário para a física.

Deixando bem claro que não é hora de sensacionalismo sobre o assunto, Raymond T. Co, um dos coautores do estudo, declara: “ainda não estamos afirmando que fizemos a descoberta do áxion, mas estamos dizendo que os fótons de raios-X extras podem ser explicados por áxions”. Trata-se de uma “possibilidade empolgante”. Tudo o que passar disso, por enquanto, será mera especulação.

Fonte: Sci-News