Las estrellas de neutrones pueden quedar ocultas en el eje.

A principios de esta semana, la nueva investigación fue publicada en la revista Exploración física X. Este artículo es una continuación de un trabajo anterior, en el que los autores también estudiaron axiomas y estrellas de neutrones, pero desde una perspectiva completamente diferente. Mientras que en sus trabajos anteriores investigó las hachas. escapar Estrellas de neutrones, los investigadores ahora se centran en las que quedan atrás: los núcleos que son atrapados por la gravedad de la estrella. A medida que pasa el tiempo, estas partículas deberían formar gradualmente una nube tenue alrededor de la estrella de neutrones, y resulta que tales nubes axilares bien pueden ser observables con nuestros telescopios. Pero ¿por qué los astrónomos y los físicos estarían tan interesados ​​en las débiles nubes que rodean estrellas distantes?

Eje: Del jabón a la materia oscura

Protones, neutrones, electrones, fotones: la mayoría de nosotros estamos familiarizados con los nombres de al menos algunas de estas pequeñas partículas. El eje es menos conocido, y por una buena razón: es el único por el momento. ficticio Un tipo de partícula que nadie ha descubierto todavía. Debe su nombre a una marca de jabón y se introdujo por primera vez en la década de 1970 para solucionar un problema (de ahí la referencia al jabón) en nuestra comprensión de las partículas que observamos tan de cerca: los neutrones. Sin embargo, aunque teóricamente son grandes, estos ejes serían extremadamente débiles si existieran, lo que los haría muy difíciles de detectar en experimentos u observaciones.

Hoy en día, los axiomas también se consideran los principales candidatos para explicar la materia oscura, uno de los mayores misterios de la física contemporánea. Varias líneas diferentes de evidencia sugieren que alrededor del 85% del contenido de materia en nuestro universo es “oscuro”, lo que simplemente significa que no está hecho de ningún tipo de materia que conozcamos y podamos observar actualmente. En cambio, la existencia de materia oscura se infiere indirectamente a través de la influencia gravitacional que ejerce sobre la materia visible. Afortunadamente, esto no significa automáticamente que la materia oscura no tenga otras interacciones con la materia visible, pero si tales interacciones existen, su fuerza es necesariamente pequeña. Como sugiere el nombre, observar directamente cualquier candidato viable a materia oscura es increíblemente difícil.

Combinando uno y otro, los físicos se han dado cuenta de que los axiomas pueden ser exactamente lo que estaban buscando para resolver el problema de la materia oscura. Una partícula que aún no ha sido observada, que sería extremadamente ligera e interactuaría muy débilmente con otras partículas… ¿podrían los axiomas ser al menos parte de la explicación de la materia oscura?

Estrellas de neutrones como lupas

La idea de un axioma como una partícula de materia oscura es buena, pero una idea en física sólo es realmente buena si tiene consecuencias observables. ¿Habrá alguna forma de observar los axones, cincuenta años después de que se sugirió su posible existencia?

Cuando se exponen a campos eléctricos y magnéticos, se espera que los axones se conviertan en fotones (partículas de luz) y viceversa. La luz es algo que sabemos observar, pero como se mencionó, la fuerza de la interacción relevante debe ser muy pequeña, al igual que la cantidad de luz que normalmente producen los axones. Es decir, a menos que se considere un entorno con axiomas realmente grandes, idealmente en campos electromagnéticos muy fuertes.

Esto llevó a los investigadores a considerar las estrellas de neutrones, que son las estrellas más densas conocidas en nuestro universo. Estos objetos tienen masas similares a las de nuestro Sol pero están comprimidos en estrellas de 12 a 15 km. Densidades tan extremas crean una atmósfera igualmente extrema que, en particular, también tiene enormes campos magnéticos, miles de millones de veces más fuertes que cualquier cosa que encontremos en la Tierra. Investigaciones recientes han demostrado que si existen axones, estos campos magnéticos permiten que las estrellas de neutrones produzcan cantidades masivas de estas partículas cerca de su superficie.

Los que quedan atrás.

En su trabajo anterior, los autores se centraron en los axones que escaparon de la estrella después de la producción: calcularon las cantidades en las que se producirían estos axones, qué trayectorias seguirían y cómo. El cambio en su luz puede ser débil pero posible. Señales observables Esta vez, consideran los axones que no logran escapar, aquellos que, a pesar de su pequeño tamaño, quedan atrapados en la inmensa gravedad de la estrella de neutrones.

Debido a la muy débil interacción de los axones, estas partículas permanecerán y se acumularán alrededor de la estrella de neutrones durante escalas de tiempo de millones de años. Esto puede dar como resultado nubes muy densas de axones alrededor de estrellas de neutrones, lo que brinda nuevas oportunidades increíbles para la investigación de axones. En su artículo, los investigadores estudian la formación, las propiedades y la evolución posterior de estas nubes axisimétricas, indicando que deberían serlo, y en muchos casos deberían serlo. De hecho, los autores sostienen que si existen axones, entonces los axones deben ser nubes. común (Para una amplia gama de propiedades axiales, deben formarse alrededor de la mayoría, quizás de todas, las estrellas de neutrones), normalmente deberían ser muy denso (potencialmente formando una densidad dos órdenes de magnitud mayor que la densidad de materia oscura local) y debido a esto Poderosas firmas de observación. Este último potencialmente se presenta en varias formas, de las cuales los autores analizan dos: una señal continua emitida durante gran parte de la vida de la estrella de neutrones, o un único estallido de luz al final de la vida de la estrella de neutrones, cuando deja de producirse. . Su radiación electromagnética. Ambas firmas pueden observarse y utilizarse para investigar la interacción entre axones y fotones más allá de los límites actuales, utilizando los radiotelescopios existentes.

¿Qué sigue?

Si bien hasta ahora no se han observado nubes axilares, con los nuevos resultados sabemos exactamente qué buscar, lo que hace mucho más posible una búsqueda axilar completa. Si bien el punto principal en la lista de tareas pendientes es “explorar las nubes axisimétricas”, este trabajo también abre varias vías teóricas nuevas para explorar.

Por un lado, uno de los autores ya está involucrado en un trabajo de seguimiento que estudia cómo las nubes de axones pueden alterar la dinámica de las propias estrellas de neutrones. Otra importante dirección de investigación futura es el modelado numérico de nubes axisimétricas: el presente artículo muestra un gran potencial para la detección, pero se necesita más modelado numérico para saber con mayor precisión qué buscar y dónde. Finalmente, los resultados actuales son todos para estrellas de neutrones individuales, pero muchas de estas estrellas parecen ser componentes de binarias, a veces con otra estrella de neutrones, a veces con un agujero negro. Sería valioso comprender la física de las nubes de axones en tales sistemas, y posiblemente sus señales de observación.

Por tanto, el presente trabajo es un paso importante en una nueva y apasionante dirección de investigación. Una comprensión completa de las nubes de axones requerirá los esfuerzos complementarios de varias ramas de la ciencia, incluida la (astro)física de partículas, la física del plasma y la radioastronomía observacional. Este trabajo abre este nuevo campo interdisciplinario con muchas oportunidades para futuras investigaciones.