Você já olhou para o céu noturno e se perguntou o que não está vendo? Os céus podem estar cheios de "estrelas bósons" invisíveis que são feitas de uma forma exótica de matéria que não brilha.
Suspeitamos fortemente que o universo esteja cheio de matéria escura, que compõe cerca de 25% de toda a massa e energia do cosmos. Mas, embora as evidências circunstanciais sejam abundantes e acreditemos que a matéria escura seja algum tipo de partícula não descoberta, não temos nenhuma evidência direta de tal partícula.
Por algumas décadas, pensamos que estávamos no caminho certo com um novo tipo de partícula conhecida como partícula massiva de interação fraca (WIMP). Previsto a partir de várias teorias de supersimetria, o WIMP teria uma massa em algum lugar na faixa das partículas mais pesadas conhecidas, como o quark top. Mas, caso contrário, seria amplamente invisível, interagindo com a matéria normal apenas ocasionalmente.
Mas as pesquisas por WIMPs não conseguiram encontrar nada. Tudo bem; a natureza nunca é obrigada a concordar com nosso primeiro palpite. Felizmente, temos outro candidato a partícula esperando nos bastidores: o áxion.
O áxion foi introduzido para resolver um problema desagradável envolvendo a força nuclear forte. Ao que tudo indica, a força forte obedece a duas simetrias importantes na natureza: carga e paridade. Isso significa que, se você pegar uma interação de força forte, inverter as cargas de todas as partículas para seus valores opostos e olhar para a reação no espelho, obterá o mesmo resultado.
Mas nada na própria teoria diz que ela deva obedecer a essas simetrias. Os físicos tentaram consertar isso essencialmente adicionando um novo parâmetro às equações e definindo esse parâmetro como zero, mas isso parecia um pouco forçado. Então veio uma solução engenhosa: talvez esse novo parâmetro representasse um novo campo quântico, e as interações com esse campo naturalmente produzissem a simetria.
Este era o áxion, assim chamado em homenagem a uma marca de detergente para lavar louça porque limpava a bagunça do problema de simetria.
Se os áxions existirem, eles seriam uma excelente matéria escura, porque seriam abundantes e dificilmente interagiriam com a matéria normal. E eles também fariam algumas coisas selvagens.
Os áxions são incrivelmente leves - trilhões e trilhões de vezes mais leves do que o neutrino, a partícula mais leve conhecida. Com massas tão pequenas, sua natureza de onda quântica se manifestaria em escalas macroscópicas. Embora cada partícula também tenha uma onda associada a ela, geralmente não percebemos ou nos importamos com essas ondas, a menos que estejamos lidando com sistemas quânticos subatômicos. Não é assim com o áxion, que pode potencialmente espalhar seu comprimento de onda por uma galáxia inteira.
A segunda coisa legal sobre os áxions é que eles são bósons. Os bósons são um tipo de partícula que pode compartilhar o mesmo estado quântico, o que significa que você pode colocar quantos deles quiser em um volume compacto. Isso é semelhante aos fótons (você pode colocar tanta luz em uma caixa quanto quiser) e diferente de partículas como elétrons (você só pode enfiar tantos antes que a caixa fique cheia).
Essas duas propriedades dos áxions significam que eles são excepcionalmente bons em colapsar para densidades incrivelmente altas, reunidas por sua própria (leve) gravidade. Essencialmente, eles podem formar uma espécie de estrela. É completamente invisível, não irradia luz e não interage com nada, mas é uma estrela, no entanto.
Essas estrelas - que têm uma variedade de nomes, incluindo estrelas áxion, estrelas bóson e estrelas escuras - podem ser pequenas, aproximadamente com a mesma massa que as estrelas normais do dia a dia. Eles também podem ser enormes, abrangendo um núcleo galáctico inteiro.
A possível existência de estrelas de bósons é uma faca de dois gumes. Por um lado, pode tornar a detecção direta extremamente difícil. A menos que uma estrela de bóson esteja vagando pelo nosso sistema solar e passando pela Terra, é improvável que vejamos áxions em nossos detectores.
Por outro lado, as estrelas de bósons podem fazer todo tipo de coisa que podem torná-las detectáveis, como mexer com a fusão nuclear em núcleos estelares ou explodir por conta própria em um evento conhecido como bosenova.
Não sabemos se os áxions existem ou, se existem, se são responsáveis pela matéria escura. Mas ainda é divertido imaginar um universo repleto de estrelas escuras silenciosas, invisíveis e inofensivas.
🌏 Créditos/fonte/Publicação: por Paul M. Sutter . space.com
