Será que a estrela Betelgeuse pode ajudar a desvendar a matéria escura?

Não sabemos o que é a matéria escura, que constitui cerca de 80% de toda a massa do universo. Também não sabemos se o áxion — uma partícula hipotética candidata a componente da matéria escura — realmente existe. Mas algumas ideias podem nos levar a pesquisas promissoras, ou fracassos muito úteis. Um desses fracassos é a pesquisa recente que procurou por áxions em Betelgeuse, estrela "polêmica" localizada a 642,5 anos-luz de distância.

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Dizemos que este fracasso é útil porque ele nos diz muita coisa sobre os áxions. Por exemplo, se eles de fato existirem, pode ser que não haja interação entre eles e os fótons. Mas, antes de falar das conclusões da pesquisa, vamos compreendê-la. Há muitas características possíveis para o áxion, caso ele de fato exista, e uma delas é o fato de que essa partícula quase nunca interage com a luz ou matéria normal.

A palavra “quase” aqui é muito importante. Se ele for uma partícula do tipo “ultraleve”, ele pode ser detectado por um processo conhecido como efeito Primafoff. Isso significa que se um fóton está inserido em um campo magnético super forte, ele pode eventualmente se transformar em um áxion (fótons gostam de se transformar em uma boa variedade de coisas, como luz ou alguns tipos de radiação). Esse áxion então viajaria pelo universo sem interagir praticamente com mais nenhuma matéria — exceto um campo magnético. É aí que aquele “quase” se torna importante.

Se esse áxion, em sua jornada pelo cosmos, fazendo parte daquilo que chamamos de “matéria escura”, de repente se deparar com um bom campo magnético, ele pode voltar a ser um fóton, provavelmente um de alta energia, como um raio-X (lembra que o fóton pode ser luz ou radiação?), emitindo um flash brilhante que denunciaria a existência do áxion. Essa é a hipótese que a equipe da professora Kerstin Perez, do MIT, e seus colegas tentaram comprovar. Para isso, eles precisaram observar uma estrela.

Eles não fizeram o teste com o Sol porque nossa estrela está emitindo uma série de fótons de todos os tipos, incluindo raios-X. Então, seria muito difícil separar aqueles que foram produzidos pelo próprio Sol e os que são áxions transformados em fótons. Então, eles tentaram Betelgeuse, uma estrela gigante e bem mais fria que o Sol, perto do fim de sua vida. Ela dificilmente emite raios-x, então se o efeito Primakoff estiver correto e se áxions existem, eles poderiam ser encontrados ali.

Infelizmente, o resultado foi negativo. Não havia raios-X relevantes em Betelgeuse. Mas isso não quer dizer que os áxions não existem, significa apenas que eles provavelmente não podem ser encontrados entre os fótons de raios-X. E é aqui onde o fracasso se torna útil, como dissemos no início. É que se os astrônomos puderem agora riscar o efeito Primafoff e os raios-X da lista de possibilidades para detectar o áxion, eles podem se concentrar nas outras possibilidades. “Basicamente, estamos dificultando a vida de todos porque estamos dizendo, 'você vai ter que pensar em outra coisa que lhe daria um sinal de axion'”, disse Perez. E isso é uma coisa boa.

Por outro lado, cá entre nós, será que os raios-X deveriam ser mesmo descartados? Um artigo recente publicado na Astrophysical Journal fala sobre um aumento inexplicável nos raios-X emitidos por um grupo de estrelas de nêutrons chamado Magnificent Seven. Outra equipe de cientistas sugere que essa radiação extra, que ninguém sabe de onde veio, pode ser explicada ​​por áxions, que teriam sido produzidos no interior dessas estrelas. As partículas hipotéticas teriam então viajado para o lado exterior das Magnificent Seven e, uma vez influenciadas pelo imenso campo magnético delas, teriam sido convertidas em raios-X.

É basicamente a mesma ideia, com a diferença de que nessas estrelas de nêutrons há raios-X para se investigar. Mas é preciso tempo para sabermos exatamente o que aconteceu com as Magnificent Seven, e talvez mais ainda para finalmente descobrirmos se os áxions existem ou não.

Fonte: MIT