La explosión espacial más brillante jamás vista puede ocultar una esquiva partícula de materia oscura
En octubre de 2022, los científicos detectaron la muerte explosiva de una estrella a 2.400 millones de años luz de distancia que estaba más brillante que cualquiera jamás registrado.
Como el núcleo de la estrella colapsó en un agujero negroel estallido de rayos gamma emitido por la estrella, un evento denominado GRB 221009A, estalló con energías de hasta 18 teraelectronvoltios. Los estallidos de rayos gamma ya son las explosiones más brillantes que nuestro Universo puede producir; pero GRB 221009A batió todos los récords, lo que le valió el apodo de “el BARCO”: el más brillante de todos los tiempos.
Sin embargo, algo anda mal con la imagen, según un equipo de astrofísicos dirigido por Giorgio Galanti del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) en Italia. Basándonos en modelos de vanguardia del Universo, no deberíamos poder ver fotones más potentes que 10 teraelectronvoltios en los datos del Gran Observatorio de Duchas de Aire a Gran Altitud (LHASO) que realizó la detección.
A 2.400 millones de años luz de distancia, los fotones con energías superiores a 10 teraelectronvoltios deberían ser fuertemente absorbidos por interacciones con otros fotones muy potentes en la tenue luz entre las galaxias, la llamada luz de fondo extragaláctica.
¿Y ahora qué? Bueno, todo el lío simplemente desaparece si las partículas similares a axiones, uno de los principales candidatos para el misterioso materia oscura que constituye la mayor parte de la masa del Universo, como predijo teoría de cuerdas – entra en la mezcla.
El análisis reciente fue presentado en la 58.a conferencia Rencontres de Moriond en marzo de 2024, y ya está disponible en el servidor de preimpresión arXiv.
“Nosotros… mostramos que el problema se resuelve si introducimos la interacción de fotones con partículas similares a axiones (ALP)”. el equipo escribe en su papel.
“Las ALP son predichas por la teoría de cuerdas, se encuentran entre los mejores candidatos para la materia oscura y pueden producir efectos espectrales y de polarización en fuentes astrofísicas en presencia de campos magnéticos externos.
“En particular, en el caso de GRB 221009A, se producen oscilaciones de partículas similares a fotones y axiones dentro de los medios magnetizados cruzados, es decir, la galaxia anfitriona, el espacio extragaláctico, la Vía Láctea, lo que reduce parcialmente la absorción de luz de fondo extragaláctica a un nivel que explica la detección de LHAASO. de GRB 221009A y su espectro observado.”
La materia oscura es una de las mayores preguntas que tenemos sobre el Universo. Una vez que hemos tenido en cuenta toda la materia normal (las estrellas, el gas, agujeros negrosgalaxias, rocas, polvo, cualquier cosa que podamos detectar directamente: queda demasiada gravedad. Sea lo que sea lo que genera esa gravedad, hay mucha más que materia normal. Hasta alrededor 85 por ciento de la masa del Universo es materia oscura.
No sabemos qué es la materia oscura, pero hay muchos candidatos posibles. Axiones son un contendiente líder. Se cree que estas partículas hipotéticas se comportan un poco como neutrinosen el sentido de que no interactúan mucho con la materia normal, lo que los hace difíciles de detectar. Sin embargo, también se predice que se comportarán como lo hace la materia oscura, por lo que los astrofísicos están ansiosos por encontrar pruebas de su existencia.
Galanti y sus colegas habían encontrado previamente evidencia de partículas similares a axiones en Luz de blazares distantes – galaxias extremadamente activas que brillan con luz. Pero la explosión de rayos gamma más brillante jamás vista representó un nuevo laboratorio para la búsqueda de axiones.
Según un modelo reciente de la luz de fondo extragaláctica, los fotones de rayos gamma de alta energía que viajan a grandes distancias deberían interactuar con la luz de fondo con tanta fuerza que no pueden alcanzarnos. Según los cálculos de los investigadores, las interacciones entre fotones y axiones deberían hacer que el espacio intergaláctico sea más transparente a la luz de alta energía.
Por lo tanto, el hecho de que LHAASO haya detectado fotones de hasta 18 teraelectronvoltios podría constituir la primera detección indirecta de axionesdicen los investigadores.
La conclusión requerirá mucho más trabajo antes de ser confirmada, especialmente porque algunas otras búsquedas han no se te ocurre nada. Pero tenemos otros lugares donde buscar; en particular, las estrellas de neutrones pueden estar bombeando axiones a un ritmo vertiginoso.
Lo lograremos todavía.
La investigación del equipo está disponible en arXiv.