La búsqueda de una partícula subatómica hipotética que podría señalar una nueva física se ha reducido un poco, gracias a la luz que gira alrededor de un gigantesco agujero negro en otra galaxia.

La partícula de luz, denominada axión, ha sido propuesta como una solución al misterio de por qué el universo tiene tan poca antimateria y como candidata a la escurridiza materia oscura que llena el cosmos (Número de serie: 24/03/20; Número de serie: 3/6/20). Se cree que el entorno retorcido y caótico del agujero negro central de la galaxia M87, el primer agujero negro fotografiado, codifica información sobre tales partículas.

Ahora, los detalles de cómo se orienta la luz alrededor del agujero negro de M87 podrían descartar la probabilidad de partículas de axión en un cierto rango de masa, informan los investigadores el 17 de marzo. astronomía natural. Este estudio también muestra que en las próximas observaciones astrofísicas, los científicos podrían usar un método similar para buscar estas partículas en un rango de masas.

«Esta es una idea muy emocionante», dice el físico Benjamin Safdi de la Universidad de California, Berkeley, que no participó en este estudio. «Desarrollaron un nuevo método y demostraron que este método podría funcionar en principio».

Propuestos por primera vez a fines de la década de 1970, los axiones aún no se han encontrado en experimentos. El trabajo teórico desde esa primera propuesta ha demostrado que podría existir una familia extendida de axiones, cada especie con una masa diferente, pero todas interactuando débilmente con la materia ordinaria. En 2020, el físico Yifan Chen de la Academia de Ciencias de China en Beijing y sus colegas describieron una forma de buscar axiones basada en observaciones de la luz que rodea los agujeros negros.

Según la teoría, un agujero negro que gira rápidamente puede acumular un grupo denso de partículas de axión en sus inmediaciones. Exactamente qué tipos de axiones se construyen depende del ancho del agujero negro. Y el agujero negro supermasivo en M87 tiene el tamaño adecuado para preparar un guiso de partículas ultraligeras similares a Axion. Si este agujero negro realmente levantara una nube de este tipo, cambiaría la orientación o polarización de la luz que sale de esa región. En particular, la polarización se tambalearía con el tiempo.

Desafortunadamente, hasta el año pasado, nadie tenía imágenes de luz polarizada de un agujero negro para estudiar. En ese momento, el Event Horizon Telescope, o EHT, una red de radiotelescopios que abarca la Tierra, reveló su imagen de luz polarizada alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de M87 (Número de serie: 24/03/21).

«Esta es exactamente la información que necesitamos para llevar a cabo esta propuesta teórica», dice el físico de partículas Yue Zhao de la Universidad de Utah en Salt Lake City. «Tenemos una enfermedad muy extrema que puede producir una gran cantidad de axiones, y tenemos las herramientas adecuadas para estudiar la firma del axión».

Entonces, Zhao, Chen y sus colegas examinaron los datos de EHT en busca de un cambio variable en el tiempo en la dirección de la polarización. Mientras que una nube de axiones cambiaría de dirección, también lo hará la región activa y turbulenta alrededor del agujero negro. Este es un «tipo de contexto inevitable con el que tenemos que lidiar», dice Zhao. Después de eliminar eso de la señal general, descubrieron que no hay suficiente oscilación adicional para decir que cualquier señal podría provenir de la nube de axiones. Descartaron la existencia de axiones ultraligeros con una masa de alrededor de 10 billonésimas de una billonésima de una billonésima parte de la masa de un electrón.

Pero la misma técnica podría usarse para buscar otras partículas similares a los axiones. «Cuanto más grande es el agujero negro, más ligera es su masa», dice Zhao. Los físicos esperan utilizar las futuras observaciones del EHT de otros agujeros negros para buscar axiones de diferentes masas. Un agujero negro en el radar de EHT es el gigante en el centro de nuestra propia galaxia, señala Zhao, que tiene aproximadamente una milésima parte de la masa de M87 (Número de serie: 5/6/19). Si el monstruoso agujero negro de nuestra galaxia tiene una nube de axiones, esas serían partículas más pesadas.

«En mi opinión, esta idea de buscar estas partículas similares a axiones es lo más emocionante que está sucediendo actualmente en la física de partículas», dice Safdi.

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