Las fusiones de estrellas de neutrones son una magnífica oportunidad para encontrar señales de una física hasta ahora desconocida, incluyendo la verdadera naturaleza de la materia oscura. A esta conclusión se ha llegado en una nueva investigación.
El estudio es obra de un equipo encabezado por Bhupal Dev, de la Universidad Washington en San Luis, Misuri, Estados Unidos.
El 17 de agosto de 2017, el LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), en Estados Unidos, y el Virgo, un detector en Italia, captaron ondas gravitacionales procedentes de la colisión entre dos estrellas de neutrones. Por primera vez, este acontecimiento astronómico no solo fue captado en ondas gravitacionales, sino también visto en luz por decenas de telescopios en tierra y en el espacio.
El equipo de Bhupal Dev utilizó las observaciones de esta fusión de estrellas de neutrones (un suceso identificado en los círculos astronómicos como GW170817) para obtener datos nuevos y reveladores que han permitido estrechar el cerco alrededor de la naturaleza de ciertas partículas similares al axión, gracias a poder descartar definitivamente algunas hipótesis.
Estas partículas, por ahora solo hipotéticas, nunca han sido observadas directamente, pero aparecen en muchas extensiones teóricas del modelo estándar de la física.
Los axiones y las partículas similares a ellos son los principales candidatos a ser una parte importante, o la totalidad, de la materia oscura del universo, una materia detectada por su masa pero que no emite ninguna radiación perceptible.
«Tenemos buenas razones para sospechar que una nueva física más allá del modelo estándar podría estar justo a la vuelta de la esquina», asegura Dev.
Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, se forma un conjunto exótico, caliente y denso de materia durante un breve periodo de tiempo. Este conjunto fugaz de materia extraña es un caldo de cultivo ideal para la producción de partículas exóticas, tal como argumenta Dev. Esa materia se calienta mucho más que las estrellas individuales durante aproximadamente un segundo antes de asentarse en una estrella de neutrones más grande o en un agujero negro, dependiendo de las masas iniciales de ambas estrellas de neutrones.
Estas nuevas partículas escapan silenciosamente de los restos de la colisión y, lejos de su fuente, pueden desintegrarse en partículas conocidas, normalmente fotones. Dev y sus colegas han demostrado en su nuevo estudio que estas partículas escapadas dan lugar a señales electromagnéticas únicas que pueden ser detectadas por telescopios de rayos gamma, como el Fermi de la NASA.
El estudio se titula «First Constraints on the Photon Coupling of Axionlike Particles from Multimessenger Studies of the Neutron Star Merger GW170817». Y se ha publicado en la revista académica Physical Review Letters.
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