Avanzando en la definición de una de las partículas candidatas a materia oscura

Con el resultado, los científicos ayudaron a establecer con mayor precisión dónde buscar la partícula –que de momento es solo hipótesis- y mejoraron la definición de la misma.

Cúmulo globular Messier 5

El cúmulo globular Messier 5 fotografiado por el telescopio Hubble. Crédito: ESA/Hubble & NASA.

La prueba de la existencia y naturaleza de la materia oscura es una de las metas más buscadas por físicos y astrónomos. Dado que su existencia explicaría muchos fenómenos del universo, detectarla ha sido desde hace décadas una misión especial. El problema es que no se sabe bien qué o dónde buscar.

Pensando en eso un grupo internacional de científicos liderados por astrónomos del Instituto de Astrofísica de la Universidad Católica (IA) y del Instituto Milenio de Astrofísica (MAS) lograron acotar como nunca el rango de energía donde debiera encontrarse el axión, uno de los candidatos más fuertes a partícula de materia oscura.

El axión es una partícula de masa muy pequeña, es neutra e interactúa de manera muy débil con otras partículas, por lo que es muy difícil detectarla, explica Nicolás Viaux, quien desarrolló su tesis de doctorado en el IA bajo la dirección de Márcio Catelan, académico del mismo instituto e investigador del MAS.

“Al incluir al axión en nuestros modelos de evolución estelar –en cierta etapa de la vida de estrellas como las gigantes rojas- verificamos que la presencia de estas partículas modifica el desarrollo y las propiedades del astro”, explica.

“Luego comparamos los modelos con observaciones del cúmulo globular Messier 5, para poder decir qué tanto los axiones pueden acoplarse a los electrones; es decir la forma en que esta partícula interactuaría con la materia. Con ello determinamos que si la partícula supera cierta masa no coincide con lo observado por lo que se establece un límite del rango de energía donde se la podría encontrar”.

El principal logro de este estudio es el grado de certeza con el que se llegó a ese número; incluso mucho mayor a lo logrado en los laboratorios en tierra. Los astrónomos estudiaron las distintas fuentes de incerteza que pueden afectar a ese valor y las acotaron al mínimo. Por esta razón, el valor obtenido para el axión aparecerá en la versión 2014 de la prestigiosa revista de la PDG (Particle Data Group). Ésta es un compendio de los resultados más confiables para las propiedades de distintas partículas, ya sean ya descubiertas o no, y que funciona como una especie de recetario de valores. “Cuando uno hace un queque va a una receta y ésta te dice cuánta harina, huevos y leche debes incluir en la preparación, lo mismo pasa cuando se hacen modelos para describir la composición del universo”, comenta Nicolás Viaux.

“Lograr este número es muy importante porque el axión es quizás el más importante candidato para la elusiva materia oscura, la que compone la mayor parte de la materia existente en el universo”, explica el académico Márcio Catelan.

Por ello, este resultado les será muy útil a los experimentos terrestres que están tratando de encontrar a esta partícula, tales como el “CAST” (Cern Axion Telescope) y el “ADMX” (Axion Dark Matter eXperiment), y así concentrar sus esfuerzos en una región más acotada.

Otro resultado obtenido durante este trabajo de tesis también ameritó inclusión en la próxima edición del PDG: Viaux y colaboradores lograron determinar, nuevamente con precisión sin precedentes, un límite superior para el momento magnético del neutrino. Se trata de una partícula que casi no interactúa con la materia, pero cuyo momento magnético –propiedad que se asocia a la intensidad y dirección del campo magnético- puede indicar hasta qué punto el modelo estándar de la física de partículas es completo.

El artículo “Neutrino and Axion Bounds from the Globular Cluster M5 (NGC 5904)” fue publicado en la revista Physical Review Letters.

Fuente: Instituto de Astrofísica PUC

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